El Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú-Ecuador fue constituido por los gobiernos de Perú y del Ecuador, con el propósito de impulsar y canalizar esfuerzos orientados a promover el desarrollo y elevar el nivel de vida de sus respectivas poblaciones. La infraestructura vial es uno de los principales soportes para el desarrollo del ámbito de la región fronteriza con el Ecuador, en especial los caminos de bajo volumen de tránsito que interconectan poblaciones rurales, muchas veces localizadas en zonas lejanas fronterizas. Por ello, ha sido muy grato para el Capítulo Perú del Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú - Ecuador colaborar con el Ministerio de Transportes y Comunicaciones en el objetivo de difundir normas para la conservación, diseño y especificaciones técnicas para la construcción de carreteras de bajo volumen de tránsito y, en particular, apoyar en la publicación del “Manual de Diseño de Carreteras Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito”, con un financiamiento fruto de una cooperación que le fue otorgada por la Corporación Andina de Fomento – CAF.
DISEÑO: CARLESSI
MANUAL DE DISEÑO DE CARRETERAS PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO
MANUAL DE DISEÑO DE CARRETERAS PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO
Consolidando la paz con desarrollo.
Consolidando la paz con desarrollo
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Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú-Ecuador CAPÍTULO PERÚ
BLICA DEL PE RÚ PÚ RE
Ministerio de Transportes y Comunicaciones Dirección General de Caminos y Ferrocarriles
Plan Binacional / 2 do pqte / Manual Diseño Pavimentadas / OT 9079 / Lomo OK 1.4 cm 224 pp / medida 53.9 x23.5 cm
MANUAL PARA EL DISEÑO DE CARRETERAS PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO
Lima - Perú, marzo de 2008.
MANUAL PARA EL DISEÑO DE CARRETERAS PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO CONTENIDO Presentación .................................................................................................
11
Marco del manual
a) b) c) d)
Alcances del manual ..................................................................... Magnitud y justificación de los proyectos ...................................... Relación entre demanda y características físicas y operativas de la carretera ............................................................................. Actualización del manual ..............................................................
16 17
Capítulo 1: Fundamentos del Manual 1.1 Clasificación de carreteras y tipos de obra, considerados en el manual .........................................................................................
21
21
1.2 Derecho de vía o faja de domino ..................................................
Capítulo 2: Parámetros y Elementos Básicos del Diseño 2.1 Parámetros básicos para el diseño................................................ 2.1.1 Metodología para el estudio de la demanda de tránsito..... 2.1.1.1 Índice Medio Diario Anual de Tránsito (IMDA)..... 2.1.1.2 Volumen y composición o clasificación de los vehículos ............................................................. 2.1.1.3 Variaciones horarias de la demanda.................... 2.1.1.4 Variaciones diarias de la demanda...................... 2.1.1.5 Variaciones estacionales (mensuales)................. 2.1.1.6 Metodología para establecer el peso de los vehículos de carga,que es importante para el diseño de los pavimentos, pontones y puentes... 2.1.1.7 Información mínima necesaria............................. 2.1.2 La velocidad de diseño y su relación con el costo de la carretera ............................................................................
15 15
27 27 27 28 29 29 29
30 30 30 5
Contenido
2.1.3 La sección transversal de diseño........................................ 2.1.4 Tipos de superficie de rodadura .........................................
31 32
2.2 Elementos del diseño geométrico .................................................
32
Capítulo 3: Diseño Geométrico 3.1 Distancia de visibilidad................................................................... 3.1.1 Visibilidad de parada........................................................... 3.1.2 Visibilidad de adelantamiento..............................................
37 37 38
3.2
Alineamiento horizontal.................................................................. 3.2.1 Consideraciones para el alineamiento horizontal................ 3.2.2 Curvas horizontales............................................................. 3.2.2.1 Curvas compuestas................................................. 3.2.2.2. Curvas de transición............................................... 3.2.3 Acceso a puentes y túneles ............................................... 3.2.4 Distancia de visibilidad en curvas horizontales................... 3.2.5 Peralte de la carretera ........................................................ 3.2.6 Sobre ancho de la calzada en curvas horizontales............
39 39 41 41 41 44 44 44 55
3.3
Alineamiento vertical...................................................................... 3.3.1 Consideraciones para el alineamiento vertical.................... 3.3.2 Curvas verticales................................................................. 3.3.3 Pendiente............................................................................
55 55 57 58
3.4 Coordinación entre el diseño horizontal y del diseño vertical........
60
3.5
6
Sección transversal........................................................................ 3.5.1 Calzada ............................................................................. 3.5.2 Bermas ............................................................................. 3.5.3 Ancho de la plataforma (corona)......................................... 3.5.4 Plazoletas de volteo ........................................................... 3.5.5 Dimensiones en los pasos inferiores................................... 3.5.6 Taludes ............................................................................. 3.5.7 Sección transversal típica .................................................. 3.5.8 Acceso a puentes y túneles ...............................................
62 62 63 67 68 68 68 69 69
Capítulo 4: Hidrología y Drenaje 4.1 Drenaje superficial.........................................................................
76
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
4.1.1 Consideraciones generales................................................. 4.1.2 Hidrología y cálculos hidráulicos......................................... 4.1.3 Elementos físicos del drenaje superficial............................
76 81 85
4.2 Drenaje subterráneo...................................................................... 4.2.1 Condiciones generales........................................................ 4.2.2 Drenes subterráneos........................................................... 4.2.2.1 La tubería............................................................. 4.2.3 Relleno de zanjas................................................................ 4.2.4 Cajas de registro y buzones................................................ 4.2.5 Investigación del agua freática............................................ 4.2.6 Drenes de intercepción....................................................... 4.2.6.1 Objeto y clasificación........................................... 4.2.62 Drenes longitudinales........................................... 4.2.6.3 Drenes transversales........................................... 4.2.7 Drenaje del pavimento........................................................ 4.2.8 Casos especiales................................................................ 4.2.8.1 Protección del suelo de la explanación contra el agua libre en terreno de elevado nivel freático, llano y sin desagüe.............................................. 4.2.8.2 Protección del suelo de explanación situado bajo la calzada contra los movimientos capilares del agua..................................................................... 4.2.8.3 Capa drenante ....................................................
102 102 103 104 107 110 111 113 113 113 113 118 119
119
119 120
Capítulo 5: Geología, Suelos y Pavimentos
5.1 Geología
5.2 Estabilidad de taludes.................................................................... 126
5.3 Tipos de pavimento........................................................................ 138
5.4 Suelo de fundación ....................................................................... 138
5.5 Tránsito (demanda)........................................................................ 150
5.6 Catálogo estructural del pavimento................................................ 152 5.6.1 Pavimentos flexibles............................................................ 152
5.7 Mejoramiento de subrasante.......................................................... 169
5.8 Pavimentos rígidos......................................................................... 175
............................................................................. 125
7
Contenido
5.9 Materiales y partidas específicas del pavimento . ......................... 175
5.10 Canteras y fuentes de agua .......................................................... 176
Capítulo 6: Topografía 6.1. Consideraciones generales del trazo............................................. 181
6.2 Topografía y trazado...................................................................... 182
6.3 El trazo directo ............................................................................. 183
6.4 El trazado indirecto........................................................................ 185
6.5 Sistema de unidades...................................................................... 186
6.6 Sistemas de referencia.................................................................. 186
6.7 Tolerancias en la ubicación de puntos........................................... 187
6.8 Trabajos topográficos..................................................................... 189
6.9 Geometría de la carretera.............................................................. 192
6.10 Geometría del alineamiento vertical............................................... 197
6.11 Alineamiento vertical...................................................................... 198
6.12 Diseño y cómputo de curvas verticales.......................................... 198
6.13 Coordinación entre el trazo en planta y el trazo en elevación....... 201
6.14 Planos básicos del proyecto.......................................................... 202
6.15 Replanteo de una curva circular con PI accesible ........................ 204
Capítulo 7: Impacto Ambiental 7.1 Preservación del ambiente y mitigación del impacto causado por los trabajos de obras viales en carreteras de bajo volumen de tránsito...................................................................................... 209 8
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
7.1.1 Introducción......................................................................... 209 7.1.2 Objetivos ............................................................................ 209
7.2
Las siguientes actividades preliminares deben estar considerados en el programa del estudio de las obras por ejecutar según corresponda al tamaño y naturaleza de cada proyecto específico........................................................................ 7.2.1 Identificación de las condiciones de base........................... 7.2.2 Programación de acciones sociales con la comunidad....... 7.2.3 Utilización de recursos de la zona del proyecto.................. 7.2.4 Señalización del derecho de vía......................................... 7.2.5 Identificación de infraestructura y predios a ser afectados por el proyecto....................................................
7.3
Actividades del proyecto que deben ser consideradas en el programa del estudio de las obras por ejecutar, según corresponda al tamaño y naturaleza de cada proyecto específico ............................................................................. 7.3.1 Canteras de materiales....................................................... 7.3.2 Fuentes de agua................................................................. 7.3.3 Estabilización y tratamiento de taludes............................... 7.3.4 Depósitos para materiales excedentes originados por la obra .................................................................................... 7.3.5 Tratamiento de residuos líquidos originados por la obra..... 7.3.6 Tratamiento de residuos sólidos originados por la obra...... 7.3.7 Campamentos y patios de maquinarias.............................. 7.3.8 Plantas de áridos, asfaltos y hormigones............................ 7.3.9 Monitoreo ambiental............................................................ 7.3.10 Costos de mitigación...........................................................
209 209 211 211 212 212
212 212 213 214 214 215 215 216 216 217 218
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Contenido
El Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú – Ecuador fue cons-tituido por los gobiernos de Perú y del Ecuador, con el propósito de impulsar y canalizar esfuerzos orientados a promover el desarrollo y elevar el nivel de vida de sus respectivas poblaciones. La infraestructura vial es uno de los principales soportes para el desarrollo del ámbito de la región fronteriza con el Ecuador, en especial las carreteras de bajo volumen de tránsito que interconectan poblaciones rurales, muchas veces localizadas en zonas lejanas fronterizas. Por ello, ha sido muy grato para el Capítulo Perú del Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú-Ecuador colaborar con el Ministerio de Transportes y Comunicaciones en el objetivo de difundir normas para la conservación, diseño y especificaciones técnicas para el diseño construcción de carreteras de bajo volumen de tránsito y, en particular, apoyar en la publicación del “Manual para el Diseño de Carreteras Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito”, con un financiamiento fruto de una cooperación que le fue otorgada por la Corporación Andina de Fomento – CAF.
Consolidando la paz con desarrollo.
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Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
Presentación El Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú (MTC) a través de la Dirección General de Caminos y Ferrocarriles, dentro de su rol normativo, tiene como funciones entre otras, la de formular las normas sobre el uso y desarrollo de la infraestructura de carreteras y ferrocarriles, así como emitir los manuales de diseño y especificaciones técnicas para la ejecución de los proyectos viales. En este contexto, el MTC ha elaborado el “Manual para el Diseño de Carreteras Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito” que define estas carreteras aquellas que tienen demandas proyectadas hasta 350 vehículos/día y que corresponderán al Sistema Nacional de Carreteras. El MTC considera necesario normar un manual que proporcione criterios técnicos sólidos y coherentes, para posibilitar el diseño y construcción de carreteras eficientes, optimizados en su costo e impulsar la extensión técnica masiva de su conocimiento en sus estamentos políticos, técnicos y sociales involucrados en el tema. Para este efecto, el manual, presenta tecnologías apropiadas a la realidad del país favoreciendo el uso de los recursos locales y, en especial, el cuidado de los aspectos de seguridad vial y de preservación del medio ambiente, debiendo las entidades responsables de la gestión vial exigir su uso adecuado. La edición del presente manual es el producto de un esfuerzo conjunto del Ministerio de Transportes y Comunicaciones y el Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú – Ecuador. Cuya publicación en el presente volumen es muy satisfactorio presentar
Verónica Zavala Lombardi Ministra de Transportes y Comunicaciones
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EL MARCO DEL MANUAL
Marco del manual
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Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
EL MARCO DEL MANUAL a)
Alcances del manual
Este manual es de aplicación obligatoria por las autoridades competentes, según corresponda, en todo el territorio nacional para los proyectos de vialidad de uso público. También, por razones de seguridad vial, todos los proyectos viales de carácter privado deberán en lo aplicable ceñirse como mínimo a la normativa de este manual. Para lo no estipulado en este documento, complementariamente se aplicará el “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras (DG-2001)” del MTC. Cuando el estudio del proyecto identifique la necesidad de puentes, se tomará en cuenta el “Manual de Diseño de Puentes” vigente, en concordancia con la función de la carretera y necesidades del proyecto vial. Los valores de diseño que se indican en este volumen son mínimos normales, es decir representan el límite inferior de tolerancia deseable en el diseño. Por lo tanto, ellos constituyen una norma mandataria, sin embargo, en casos específicos donde exista la necesidad de la reducción de estos valores, además de una justificación técnica-económica así como de las medidas paliativas para compensar la disminución de estas características, deberá contar con la autorización expresa de la autoridad vial competente correspondiente a la carretera en estudio.
b)
Magnitud y justificación de los proyectos
El hecho que en este manual se presentan determinados criterios para el diseño de carreteras, implica que existen carreteras que son inseguras o de construcción deficiente y obliga a modificarlas. No se pretende necesariamente, imponer políticas que obliguen a la modificación inmediata de los alineamientos o de la sección transversal de las carreteras existentes de bajo volumen de tránsito, pero sí cuando estos requieran asegurar la transitabilidad. Fundamentalmente este manual se aplica a carreteras existentes mejorando el trazo sin originar grandes movimientos de tierra. Las referencias de pérdidas del patrimonio vial, por causas del mal estado de las carreteras y la existencia de lugares donde ocurren accidentes, originan la necesidad o conveniencia de efectuar modificaciones a la vialidad; sin embargo, estas son normalmente aisladas. Las características de diseño de las carreteras existentes 15
Marco del manual
no siempre se comportan de modo satisfactorio y suficiente en la mayor parte a lo largo de la ruta. Para ello es necesario en cada proyecto específico, analizar el grado de problema y la cantidad de recursos que se justifica gastar para superar el problema. Y en este proceso, se tienen normalmente alternativas que debidamente evaluadas, permitirán seleccionar el proyecto óptimo a ejecutar. En este análisis, la magnitud de la demanda de usuarios de la carretera es muy importante para poder valorar los beneficios que la comunidad obtendrá y su relación entre el monto de los beneficios frente a los costos de las obras, lo que permitirá seleccionar entre los proyectos. La pavimentación de la vía disminuirá los costos de mantenimiento de la vía, disminuirá los costos de operación vehicular, disminuirá el tiempo de viaje del origen al destino favoreciendo principalmente al transporte de productos perecibles, asimismo se incrementará el nivel de servicio al usuario. Aspectos que deberán ser evaluados bajo las consideraciones de costo beneficio y/o costo efectividad.
c.
Relación entre demanda y características físicas y operativas de la carretera
El cuadro 1a sintetiza las características de la superficie de rodadura para las carreteras pavimentados de bajo volumen de tránsito. El cuadro 1b recomienda las velocidades de diseño por adoptarse de acuerdo a las condiciones topográficas. Cuadro 1a: Ancho de calzada para carreteras de bajo volumen de tránsito IMDA Vehículo / día 0 - 350 (*)
Ancho mínimo de calzada (m)
Tipo de superficie de rodadura
5.50 Para carreteras de 2 carriles
Desde tratamiento superficiales asfálticos hasta carpeta asfáltica
4.00 Para carreteras de 1 carril (*)
Con plazoletas de cruce cada 500 m como mínimo en tangente con pendiente uniforme y en curvas horizontales y/o verticales de acuerdo a la visibilidad.
Cuadro 1b: Velocidades recomendadas por condiciones topográficas
16
Terreno
Velocidad directriz (Km./h)
Plano y ondulado
Máximo 90
Accidentado
Máximo 50
Muy accidentado
V pendiente>1:5). Es posible manejar en el área sin volcar, pero el vehículo no desacelera en el área. El área incluido en la zona de seguridad pero no puede ser incluido en la distancia de seguridad. Clase 3: El terreno sube escarpadamente (pendiente 1.0
107
Hidrología y drenaje
• En los tubos con juntas abiertas: d85 del material filtro / ancho de la junta > 1.2 • En los tubos de concreto poroso, se debe respetar la siguiente condición: d85 del árido del dren poroso / d85 del filtro < 5
En caso de terrenos cohesivos, el límite superior para d15 del filtro se establecerá en 0.1 mm. Cuando sea preciso, deberán utilizarse en el proyecto dos o más materiales de filtros. Ordenados estos desde el terreno natural a la tubería, deben satisfacer, cada uno con respecto al contiguo, las condiciones exigidas anteriormente entre el material filtro y el suelo a drenar. El último, que será el que rodea el tubo, deberá satisfacer, además, las condiciones que se han indicado en relación con el ancho de las juntas o diámetro de los orificios de dichos tubos. Para impedir cambios en la composición granulométrica o segregaciones del material filtro por movimiento de sus finos, debe utilizarse material de coeficiente de uniformidad (d60/d10) inferior a 20, cuidadosamente compactado. El dren subterráneo se proyectará cumpliendo las disposiciones que se detallan en la figura 4.2.3a y 4.2.3b, según se encuentre en terreno permeable o impermeable y sean necesarios uno o dos materiales filtro. Como alternativa del procedimiento anterior, se podrá rellenar la zanja con material granular (grava) envuelto con tela sintética (geotextil) cuyo diseño deberá circunscribirse a lo establecido en las Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras (EG-2000), recomendándose este tratamiento para el diseño de subdrenes en suelos granulares.
108
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
Figura 4.2.3a: Drenaje subterraneo
Figura 4.2.3b: Subdren de aguas subterráneas con geotextil (Recomendado para drenar suelos de naturaleza granular)
109
Hidrología y drenaje
4.2.4 Cajas de registro y buzones En los drenes longitudinales, se proyectarán, a intervalos regulares, cajas de registro o buzones de registro que permitan controlar el buen funcionamiento del drenaje y sirvan para evacuar el agua recogida por la tubería del dren, bien a un colector principal, bien a una cuneta situada, por ejemplo, al pie de un terraplén, a una vaguada natural o a otros dispositivos de desagüe. Con independencia de lo anterior, deberán colocarse cajas de registro o buzones en todos los cambios de alineación de la tubería de drenaje. La distancia entre dos cajas o buzones consecutivos oscilará en general entre 80 m y 100 m y dependerá de la pendiente longitudinal del tubo y de su capacidad de desagüe, de la disposición general del drenaje y de los elementos naturales existentes. Las figuras 4.2.4a y 4.2.4b son esquemas de cajas y buzones de registro que pueden servir de orientación para el proyecto. Figura 4.2.4a: Cajas de registro
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Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
En el caso de salida libre de la tubería de desagüe de la caja de registro o el buzón a una cuneta, etc. se cuidará que el nivel de la salida quede lo suficientemente alto y con las protecciones necesarias para impedir su aterramiento, inundación, entrada de animales, etc. Figura 4.2.4b: Buzón de registro
4.2.5
Investigación del agua freática
La presencia de un nivel freático elevado exigirá una investigación cuidadosa de sus causas y naturaleza. Deberán practicarse los pozos y/o exploraciones que se consideren precisos para fijar la posición del nivel freático y, si es posible, la naturaleza, origen y movimientos del agua subterránea. 111
Hidrología y drenaje
El reconocimiento se debe efectuar preferentemente al final del período de lluvias del año en la zona en la que, en condiciones normales, alcanzará su máxima altura. Los casos que pueden presentarse en la práctica y su tratamiento adecuado son innumerables. Algunos de ellos se señalan en la figura 4.2.5
Figura 4.2.5: Agua freática
112
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
4.2.6 Drenes de intercepción 4.2.6.1 Objeto y clasificación Se proyectarán drenes de intersección para cortar corrientes subterráneas e impedir que alcancen las inmediaciones de la carretera. Se clasifican, por su posición, en longitudinales y transversales. 4.2.6.2 Drenes longitudinales El dren de intersección deberá proyectarse cumpliendo las condiciones generales expuestas anteriormente para los drenes enterrados. EI fondo del tubo debe quedar, por lo menos, 15 cm. por debajo del plano superior de la capa impermeable o relativamente impermeable, que sirve de lecho a la corriente subterránea. En el caso de que esta capa sea roca, deben extremarse las precauciones para evitar que parte de la filtración cruce el dren por debajo de la tubería. El caudal a desaguar puede determinarse aforando la corriente subterránea. Para ello, se agotará el agua que afluya a la zanja en que se situará el dren en una longitud y tiempo determinados. Para interceptar filtraciones laterales que procedan de uno de los lados de la carretera, se dispondrá un solo dren longitudinal en el lado de la filtración. Sin embargo, en el fondo de un valle o quebrada, donde el agua pueda proceder de ambos lados, deberán disponerse dos drenes de intersección, uno a cada lado de la carretera. Las figuras 4.2.6.2a y 4.2.6.2b son ejemplo de drenes longitudinales en carreteras a media ladera y en trinchera, respectivamente. 4.2.6.3 Drenes transversales En carreteras en pendiente, los drenes longitudinales pueden no ser suficientes para interceptar todo el agua de filtración. En estos casos, deberá instalarse drenes interceptores transversales normales al eje de la carretera o un drenaje en espina de pez. La distancia entre drenes interceptores transversales será, por término medio, de 20 m á 25 m. El drenaje en espina de pez se proyectará de acuerdo con las siguientes condiciones (figura 4.2.6.3a).
113
Hidrología y drenaje
a)
El eje de las espinas formará con el eje de la carretera un ángulo de 60º.
b)
Las espinas estarán constituidas por una zanja situada bajo el nivel del plano superior de la explanada.
c)
Sus paredes serán inclinadas, con talud aproximado de 1/2, para repartir, al máximo, el posible asiento diferencial.
d)
Las zanjas se rellenarán de material filtro.
e)
Las espinas llevarán una cuna de concreto de baja resistencia o arcilla unida al solado del dren longitudinal.
f)
Las espinas consecutivas se situarán a distancias variables que dependerán de la naturaleza del suelo que compone la explanada. Dichas distancias estarán comprendidas entre 6 m, para suelos muy arcillosos, y 28 m para suelos arenosos.
Con independencia de la pendiente longitudinal de la carretera, se recomienda utilizar drenes en espina de pez al pasar de corte cerrado (trinchera) a terraplén, como protección de éste contra las aguas infiltradas procedentes de la trinchera (corte cerrado) (figura 4.2.6.3b).
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Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
Figura 4.2.6.3b: Drenes de intercepción transversales
115
Figura 4.2.6.2b: Drenes de intercepción longitudinales Hidrología y drenaje
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Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
Figura 4.2.6.3a: Drenes de intercepción transversales
ACOTACIONES EN METROS
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Hidrología y drenaje
4.2.7 Drenaje del pavimento Salvo en el caso de carreteras en terrenos permeables, el drenaje de la capa permeable constituida por la sub-base y/o base, puede proyectarse tanto mediante drenes enterrados como prolongando la capa permeable hasta los taludes de los terraplenes a cunetas. Además, deben darse pendientes transversales mínimas a la subrasante. En los sectores de la carretera en los que el pavimento se asienta sobre una subrasante impermeable, debe evitarse que el agua de lluvia que se presenta por capilaridad o se filtra a través del pavimento, se acumule bajo éste y forme una bolsa de agua que origine su ruptura por el paso del tránsito. Este problema es mayor cuando la cuneta se coloca a la altura del pavimento y naturalmente tiene que ser revestida. Las soluciones mas recomendadas para evitar la acumulación del agua son: a)
Colocación en el sector, bajo el pavimento, una capa drenante que siga la pendiente lateral de la carretera, que se prolonga hasta un lugar con drenaje natural.
b)
Colocación de un subdren, bajo la berma adyacente a la cuneta, con una tubería perforada de plástico pesada de 10 cm. de diámetro, aproximadamente a 0.70m de la superficie del asfaltado, que recoja el agua que filtra y la lleve al lugar de drenaje natural. Ver figura 4.2.7 Figura 4.2.7 Drenaje del pavimento
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Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
4.2.8 Casos especiales 4.2.8.1 Protección del suelo de la explanación contra el agua libre en terreno de elevado nivel freático, llano y sin desagüe. Cuando haya que construir una carretera en terreno llano y con elevado nivel freático, se estudiará el abatimiento de la napa freática, pudiéndose utilizar alternativamente métodos como zanjas laterales, drenes enterrados, etc. Si no existiera posibilidad de evacuar el sistema de drenaje, se elevará el nivel de la rasante. Para la elección del material del terraplén, se tendrá en cuenta que su humedad de equilibrio debe disminuir rápidamente con la distancia al nivel freático y que el terraplén se construirá sobre un terreno saturado de agua, sin capacidad para resistir esfuerzos de compactación elevados. La necesidad de proteger el terraplén mediante la colocación de membranas bituminosas u hojas de plástico, tratando su superficie con sustancias hidrófobas, o utilizando geotextiles, geomembranas o adoptando disposiciones análogas a la indicada en las figuras 4.2.8.1a y 4.2.8.1b, dependerá de la naturaleza y estado del terreno y del material disponible para la construcción del terraplén. 4.2.8.2 Protección del suelo de explanación situado bajo la calzada contra los movimientos capilares del agua. Las diferencias de humedad en el suelo bajo la calzada y bajo las bermas facilitan los movimientos capilares y, al aumentar el contenido de humedad del suelo de la subrasante bajo la calzada, disminuyen su capacidad resistente. Para evitar esta disminución, las fisuraciones del suelo y los asientos diferenciales que con dicho aumento de humedad pueden producirse, deben utilizarse alguna de las siguientes técnicas: •
Colocación de capas drenantes sobre la subrasante para romper el ascenso capilar.
•
Impermeabilizar las calzadas y las bermas.
•
Establecer una membrana impermeable que impida el movimiento del agua capilar, situándola en un plano más o menos vertical bajo las bordes de la calzada.
•
Construir zanjas anticapilares bajo los bordes de la calzada.
119
Hidrología y drenaje
Tanto la membrana impermeable coma las zanjas anticapilares deberán ejecutarse hasta una profundidad de 1,20 m. baja la superficie de las bermas. Pueden utilizarse como zanjas anticapilares las que se proyecten para el drenaje del pavimento, cuidando de que el material filtro rompa la continuidad en fase líquida entre el agua situada a un lado y otro de la misma. 4.2.8.3 Capa drenante Cuando se eleva el terraplén de la carretera sobre un terreno saturado con agua para evitar que por capilaridad el agua pueda subir a través del terraplén hasta la superficie de rodadura, debe colocarse una capa de material drenante, constituida por gravas y/o arenas. La capa deberá estar sobre el nivel de referencia más alto de la napa freática del terreno y servirá de anticontaminante a los efectos de romper la capilaridad y drenar la plataforma lateralmente. Se recomienda un espesor mínimo de 0.30 m.
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Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
Figura 4.2.8.1a: Protección del terraplén
Figura 4.2.8.1b: Protección del terraplén
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Capítulo 5
GEOLOGÍA, SUELOS Y PAVIMENTOS
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Geología, suelos y pavimentos
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Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
GEOLOGÍA, SUELOS Y PAVIMENTOS 5.1 Geología Las carreteras pavimentadas de bajo volumen de tránsito, se estructuran como carreteras de bajo costo. Consecuentemente, tienen alineamientos de diseño que evitan excesivos movimientos de tierra; considerando estructuras y obras de arte, por lo general diseñadas para periodos de vida útil, de corto, mediano y largo plazo. Con estos requerimientos básicos, los estudios de geología incluirán un diagnóstico que comprenda consultas a los pobladores, a la autoridad vial competente y a su personal técnico. Asimismo un reconocimiento e inspección de campo siguiendo el trazo probable del eje de la carretera, para detectar o certificar la presencia o total ausencia de problemas geológicos activos en la ruta y/o en el tramo vial materia de estudio, que pudieran en algún caso afectar las características del proyecto tales como problemas de inestabilidad de taludes, fallas localizadas por las que se filtra el agua de lluvias hacia el subsuelo, presencia de afloramientos de aguas subterráneas, erosiones por acción de los ríos, inclinación de los árboles en las laderas, zonas de caídas de rocas sobre la carretera existente, el sentido de las formaciones rocosas que podrían desestabilizarse y otros problemas de naturaleza geodinámica que ocasionen fallas en la plataforma y taludes de la carretera. El estudio determinará las características geológicas del terreno a lo largo del trazo definitivo y de las fuentes de materiales (canteras), definiendo las unidades estratigráficas considerando las características geológicas tanto de rocas como de suelos y el grado de sensibilidad o la pérdida de estabilidad en relación a la obra a construir. Asimismo, se determinará la geomorfología regional y área definiendo los aspectos principales de interés geotécnico: a)
Topografía (plana, ondulada, montañosa).
b)
Unidades geomorfológicos areales y locales (terraza fluvial, conoide aluvional, terraza marina, duna, pantano, quebradas, taludes, ladera).
c)
Materiales componentes del talud de corte (Clasificación de materiales).
d)
Materiales constituyentes del suelo (grava, arena, arcilla...) diferenciándolos entre transportados y no transportados. 125
Geología, suelos y pavimentos
e)
Litología dominante de materiales transportados.
El estudio geológico debe ser de extensión y alcance local y será desarrollada fundamentalmente sobre la base del reconocimiento de campo y complementada con documentos de consulta, como información técnica general publicada por el INGEMET a nivel regional, mapas geológicos, topográficos o de restitución fotogramétrica.
5.2 Estabilidad de taludes Sobre la base de un recorrido minucioso de la carretera, el proyectista realizará una evaluación general de la estabilidad de los taludes existentes e identificará los taludes críticos o susceptibles de inestabilidad. Asimismo definirá la inclinación de los taludes expresada como la relación H : V, siendo H la distancia horizontal y V la altura vertical del talud. Para el efecto, se determinarán en lo posible, los parámetros obtenidos de ensayos y cálculos o se tomará en cuenta la experiencia del comportamiento de los taludes de corte in situ y/o ejecutados en rocas o suelos de naturaleza y características geológicas, geotécnicas similares que se mantienen estables ante condiciones ambientales semejantes Los taludes de corte dependerán de la naturaleza del terreno y de su estabilidad, pudiendo utilizarse (a modo referencial) las relaciones de corte en talud siguientes, los que son apropiados para los tipos de materiales (rocas y suelos) indicados en el cuadro 5.2.1 Cuadro 5.2.1: Taludes de corte CLASE DE TERRENO Roca fija Roca suelta
TALUD (V: H) H10
10 : 1
(*)
(**)
6:1-4:1
(*)
(**)
Conglomerados cementados
4:1
(*)
(**)
Suelos consolidados compactos
4:1
(*)
(**)
Conglomerados comunes
3:1
(*)
(**)
Tierra compacta
2:1-1:1
(*)
(**)
Tierra suelta
1:1
(*)
(**)
Arenas sueltas
2:1
(*)
(**)
1:2 hasta 1 : 3
(*)
(**)
Zonas blandas con abundante arcillas o zonas humedecidas por filtraciones
(*) Requiere banqueta o análisis de estabilidad (**) Requiere análisis de estabilidad. Nota: En algunos casos se presentan taludes de corte de 8 o 10:1 , debiendo mantenerse o evaluarse estas posibilidades.
126
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
Los taludes de relleno igualmente estarán en función de los materiales empleados, pudiendo utilizarse (a modo de taludes de relleno referenciales) los siguientes que son apropiados para los tipos de material incluidos en el siguiente cuadro: Cuadro 5.2.2 : Taludes de relleno MATERIALES Enrocado Suelos diversos compactados (mayoría de suelos) Arena compactada
TALUD ( V : H ) H 20%
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
5.4.3 Sectores de características homogeneas Para efectos del diseño de la estructura del pavimento se definirán sectores homogéneos donde, a lo largo de cada uno de ellos, las características del material del suelo de fundación o de la capa de subrasante se identifican como uniforme. Dicha uniformidad se establecerá sobre la base de las características físico-mecánicas de los suelos (Clasificación, plasticidad). El proceso de sectorización requiere de análisis y criterio del proyectista. Para la identificación de los sectores de características homogéneas, se realizará un programa de prospecciones y ensayos, estableciendo una estrategia para efectuar el programa exploratorio y, a partir de ello, se ordenará la toma de las muestras necesarias de cada perforación, de manera de poder evaluar aquellas características que siendo determinantes en su comportamiento, resulten de sencilla e indiscutible determinación. Las propiedades fundamentales a tomar en cuenta son: a)
Granulometría.- A partir de la cual se puede estimar, con mayor o menor aproximación, las demás propiedades que pudieran interesar. El análisis granulométrico de un suelo tiene por finalidad determinar la proporción de sus diferentes elementos constituyentes, clasificados en función de su tamaño. De acuerdo al tamaño de las partículas de suelo, se definen los siguientes términos:
Tipo de material
Tamaño de las partículas
Grava
75 mm – 2 mm
Arena
b)
Arena gruesa: 2 mm – 0.2 mm Arena fina: 0.2 mm – 0.05 mm
Limo
0.05 mm – 0.005 mm
Arcilla
Menor a 0.005 mm
La plasticidad de un suelo.- Depende no de los elementos gruesos que contiene, sino únicamente de sus elementos finos. El análisis granulométrico no permite apreciar esta característica, por lo que es necesario determinar los límites de Atterberg. 143
Geología, suelos y pavimentos
A través de este método, se definen los límites correspondientes a los tres estados en los cuales puede presentarse un suelo: líquido, plástico o sólido. Estos límites, llamados límites de Atterberg, son: el límite líquido (LL), el límite plástico (LP) y el límite de contracción (LC). Además del LL y del LP, una característica a obtener es el índice de plasticidad IP que se define como la diferencia entre LL y LP: IP = LL – LP El índice de plasticidad permite clasificar bastante bien un suelo. Un IP grande corresponde a un suelo muy arcilloso. Por el contrario, un IP pequeño es característico de un suelo poco arcilloso. Sobre todo esto se puede dar la clasificación siguiente: Índice de plasticidad
Característica
IP > 20
Suelos muy arcillosos
20 > IP > 10
Suelos arcillosos
10 > IP > 4
Suelos poco arcillosos
IP = 0
Suelos exentos de arcilla
Se debe tener en cuenta que, en un suelo el contenido de arcilla, es el elemento más peligroso de una carretera, debido sobre todo a su gran sensibilidad al agua. Equivalente de arena.- Es un ensayo que da resultados parecidos a los obtenidos mediante la determinación de los límites de Atterberg, aunque menos preciso. Tiene la ventaja de ser muy rápido y fácil de efectuar. El valor de EA es un indicativo de la plasticidad del suelo:
d)
144
Equivalente de arena
Característica
sí EA > 40
El suelo no es plástico, es de arena
Sí 40 > EA > 20
El suelo es poco plástico y no heladizo
sí EA < 20
El suelo es plástico y arcilloso
Índice de grupo.- Es un índice adoptado por AASHTO de uso corriente para clasificar suelos, está basado en gran parte en los límites de Atterberg. El índice de grupo de un suelo se define mediante la formula:
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
IG = 0.2 (a) + 0.005 (ac) + 0.01(bd) Donde: a=
F-35 (F = Fracción del porcentaje que pasa el tamiz Nº 200 -74 micras). Expresado por un número entero positivo comprendido entre 1 y 40.
b=
F-15 (F = Fracción del porcentaje que pasa el tamiz Nº 200 -74 micras). Expresado por un número entero positivo comprendido entre 1 y 40.
c =
LL – 40 (LL = límite líquido). Expresado por un número entero comprendido entre 0 y 20.
d =
IP-10 (IP = índice plástico). Expresado por un número entero comprendido entre 0 y 20 o más.
El índice de grupo es un valor entero positivo, comprendido entre 0 y 20 o más. Cuando el IG calculado es negativo, se reporta como cero. Un índice cero significa un suelo muy bueno y un índice igual o mayor a 20, un suelo no utilizable para carreteras . Índice de grupo
e)
Suelo de subrasante
IG > 9
Muy pobre
IG está entre 4 a 9
pobre
IG está entre 2 a 4
regular
IG está entre 1 – 2
bueno
IG está entre 0 – 1
Muy bueno
Humedad natural: Otra característica importante de los suelos es su humedad natural puesto que la resistencia de los suelos de subrasante, en especial de los finos, se encuentra directamente asociada con las condiciones de humedad y densidad que estos suelos presenten. La determinación de la humedad natural permitirá comparar con la humedad óptima que se obtendrá en los ensayos Proctor para obtener el CBR del suelo. Sí la humedad natural resulta igual o inferior a la humedad óptima, el proyectista propondrá la compactación normal del suelo y el aporte de la cantidad conveniente de agua. Sí la humedad natural es superior a la humedad óptima y según la saturación del suelo, se propondrá, aumentar la energía de compactación, airear el suelo o reemplazar el material saturado.
145
Geología, suelos y pavimentos
f)
Clasificación de los suelos.- Determinadas las características de los suelos, según los acápites anteriores, se podrá estimar con suficiente aproximación el comportamiento de los suelos, especialmente con el conocimiento de la granulometría, plasticidad e índice de grupo y luego clasificar los suelos. La clasificación de los suelos se efectuará bajo el sistema mostrado en el cuadro 5.3.1. Esta clasificación permite predecir el comportamiento aproximado de los suelos, que contribuirá a delimitar los sectores homogéneos desde el punto de vista geotécnico. A continuación se presenta una correlación de los dos sistemas de clasificación más difundido, AASHTO y ASTM (SUCS):
Clasificación de suelos AASHTO A-1-a
Clasificación de suelos ASTM (SUCS) GW, GP, GM, SW, SP, SM
A-1-b
GM, GP, SM, SP
A–2
GM, GC, SM, SC
A–3
SP
A–4
CL, ML
A–5
ML, MH, CH
A–6
CL, CH
A–7
OH, MH, CH
Fuente: US Army Corps of Engineers
g)
Ensayos CBR.- Una vez que se haya clasificado los suelos por el sistema AASHTO para carreteras contempladas en este manual, se elaborará un perfil estratigráfico para cada sector homogéneo o tramo en estudio, a partir del cual se determinará los suelos que controlarán el diseño y se establecerá el programa de ensayos y/o correlaciones para establecer el CBR que es el valor soporte o resistencia del suelo, referido al 95% de la MDS (Máxima Densidad Seca) y a una penetración de carga de 2.54 mm. Para calcular el Valor Soporte Relativo del suelo de fundación, se efectuarán ensayos de California Bearing Ratio (CBR) para cada tipo de suelo y de control cada 2 km de espaciamiento como máximo. Para la obtención del valor CBR diseño, se debe considerar lo siguiente:
146
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
1) Cuando existan 6 o más valores de CBR por tipo de suelo representativo o por sección de características homogéneas de suelos, determinar el valor de CBR de diseño en base al percentil 75%, valor que es el menor al 75% del total de los valores analizados. 2) Cuando existan menos de 6 valores de CBR por tipo de suelo representativo o por sección de características homogéneas de suelos, considerar lo siguiente:
• Si los valores son parecidos o similares, tomar el valor promedio.
• Si los valores no son parecidos o no son similares, tomar el valor crítico (más bajo).
3) Una vez definido el valor del CBR de diseño, para cada sector de características homogéneas, se clasificará a qué categoría de subrasante pertenece el sector o subtramo.
5.4.4 Otras consideraciones 1) En caso la subrasante sea clasificada como pobre (CBR < 6%), se procederá a eliminar el material inadecuado y se colocará un material granular con CBR mayor a 10%, en los espesores definidos en el acápite 5.7 Mejoramiento de subrasante. 2) En caso de encontrarse suelos saturados o blandos, o napa freática alta (cercana al nivel de subrasante), el proyectista definirá las medidas de estabilización (cambio de material, adición de roca, pedraplen, etc.), especificando material relativamente permeable y diseñando los elementos de drenaje y/o subdrenaje que permitan drenar el agua. 3) Para el diseño y los trabajos propiamente de pavimentación deberán tomarse en cuenta las recomendaciones y condiciones del diseño del drenaje, según los criterios establecidos en el capítulo 4 Hidrología y drenaje. 4) En zonas sobre los 3,000 msnm se evaluará la acción de las heladas en los suelos, en general la acción de congelamiento está asociada con la profundidad de la napa freática y la susceptibilidad del suelo al congelamiento. Sí la profundidad de la napa freática es mayor a 1.50 m, la acción de congelamiento no llegará a la capa superior de la subrasante. En el caso de presentarse en la capa superior de la subrasante (últimos 0.60 147
Geología, suelos y pavimentos
m) suelos susceptibles al congelamiento, se reemplazará este suelo en el espesor comprometido o se levantará la rasante, con un relleno granular adecuado, hasta el nivel necesario. 5) Con excepción de los suelos de fundación permeables, debe proyectarse el subdrenaje de la estructura del pavimento, considerando como capa drenante la base granular, o la subbase granular, o ambas, bien mediante subdrenes o prolongando la capa drenante hasta los taludes de los terraplenes o cunetas.
Asimismo, deben darse pendientes transversales mínimas a la subrasante, subbase y base granular.
Los subdrenes que deben proyectarse para interceptar filtraciones o rebajar un nivel freático elevado, pueden también utilizarse para drenar la estructura del pavimento. Cuando el suelo de fundación o de la capa de subrasante sea arcilloso o limoso y, al humedecerse, partículas de estos materiales puedan penetrar en las capas granulares del pavimento contaminándolas, deberá proyectarse una capa de material filtrante de 10 cm. de espesor, como mínimo.
148
Piedras, gravas y arena
De excedente a bueno
Tipo de material
Estimación general del suelo como subrasante
0
0
Índice de grupo
máx. 6
máx. 50 máx. 25
A1-b
máx. 6
máx. 50 máx. 30 máx. 15
A1-a
A1
Arena Fina
0
mín. 50 máx.10
A3
0
máx. 10
mín. 40
Máx.35
A2-5
Gravas y arenas limosas o arcillosas
0
máx. 10
máx. 40
máx. 35
A2-4
A2-6
máx. 4
mín. 10
mín.40
máx. 35
A2-7
De pasable a malo
máx. 4
mín. 10
máx. 40
máx. 35
A2
Suelos granulosos 35% máximo que pasa por tamiz de 0,08 mm
límite de liquidez índice de plasticidad
% que pasa por el tamiz de: 2 mm 0,5 mm 0,08 mm Límites Atterberg
Análisis granulométrico
Símbolo
Grupo
Clasificación general
Suelos limosos
máx. 8
máx. 10
máx. 40
mín. 35
A4
máx. 12
máx. 10
máx. 40
mín. 35
A5
máx. 20
mín. 10 IP = 20%
Muy Buena
10 años
1.5X105-3.0X105
T2
1,680
1,5
4,0
0,45
60%
> = 20%
Muy Buena
10 años
5.0X104-1.5X105
Geología, suelos y pavimentos
10 años
3,750
Número Estructural (SN)
80% 0,45 4,0 1,5 4,120
Confiabilidad
Desviación Standard Combinada
Índice de serviciabilidad inicial
Índice de serviciabilidad final
Número Estructural (SN)
3,620
1,5
4,0
0,45
80%
3% - 5%
Pobre
10 años
5
6
10 años
2,870
1,5
4,0
0,45
80%
6% - 10%
Regular
6
5
6.0X10 -1.5X10 5
T4
2,590
1,5
4,0
0,45
75%
6% - 10%
Regular
10 años
3.0X10 - 6X10 5
T3
2,720
1,5
4,0
0,45
80%
11% - 19%
Buena
10 años
6.0X105-1.5X106
T4
2,450
1,5
4,0
0,45
75%
11% - 19%
Buena
10 años
3.0X105- 6X105
T3 T3
2,520
1,5
4,0
0,45
80%
> = 20%
Muy Buena
10 años
6.0X105-1.5X106
T4
2,260
1,5
4,0
0,45
75%
> = 20%
Muy Buena
10 años
3.0X105- 6X105
Este cuadro, presenta a manera de ejemplo práctico una clasificación típica muy generalizada en el Perú para carreteras de bajo volumen de tránsito, que se caracteriza por tener un alto porcentaje de vehículos pesados (60%) aproximadamente, para las cuatro clases de demanda volumétrica de tránsito: T1, T2, T3 y T4.
< 3%
Muy Pobre
10 años
5
CBR
TIPO DE SUBRASANTE
Período de diseño
Número de repeticiones de EE
3,280
1,5
6.0X10 -1.5X10
1,5
Índice de serviciabilidad Final
4,0
6.0X10 -1.5X10
4,0
Índice de serviciabilidad Inicial
0,45
T4
0,45
Desviación Standard Combinada
75%
3% - 5%
Pobre
10 años
5
T4
75%
Confiabilidad
CLASE DE TRÁFICO
< 3%
Muy Pobre
6
3.0X10 - 6X10 5
3.0X10 - 6X10 5
T3
5
T3
CBR
TIPO DE SUBRASANTE
Período de diseño
Número de repeticiones de EE
CLASE DE TRÁFICO
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
157
Geología, suelos y pavimentos
Para este manual se determinaron los siguientes rangos en números de repeticiones de ejes equivalentes: T1:
50,000 a 150,000 EE
T2:
150,000 a 300,000 EE
T3:
300,000 a 600,000 EE
T4:
600,000 a 1’000,000 EE
La autoridad competente, a través de sus proyectistas, deberá calcular para cada tramo de diseño de un proyecto, la demanda de EE que tendrá durante el periodo de diseño para definir su estructura de pavimento.
158
T1
* Rep. EE= Repeticiones de ejes equivalentes
600,000 < Rep.EE ≤ 1’000,000
T4
30,000 < Rep.EE ≤ 600,000
T3
150,000 < Rep.EE ≤ 300,000
T2
50,000 < Rep.EE ≤ 150,000
CLASE DE TRÁFICO
TIPO DE SUBRASANTE
3.280
3.620
4.120
2.900
3.750
3.330
2.510
3% = 20%
Muy Buena
10 años
3.0X105- 6X105
T3
de base granular de espesor 15 cm.
(*) Una vez mejorada la subrasante y compactada al 95% de la máxima densidad seca, se colocará la capa de sub base granular de espesor 20cm y luego la capa
Sub base granular (cm)
Base Granular (cm)
Superficie de rodadura: Carpeta asfáltica en caliente. (cm) 6,0
3,280
4,0
Índice de serviciabilidad inicial
Sub rasante sin mejoramiento
1,5
0,45
Desviación Standard Combinada
75%
75%
Confiabilidad
3% - 5%
Pobre
10 años
< 3%
Muy Pobre
10 años
5
3.0X10 - 6X10
5
3.0X10 - 6X10 5
T3
T3
CBR
TIPO DE SUBRASANTE
Período de diseño
Número de repeticiones de EE
CLASE DE TRÁFICO
Cuadro 5.6.7 (c): Catálogo de espesores estructura de pavimento flexible con tráfico T3 Geología, suelos y pavimentos
1,5 4,120
Índice de serviciabilidad final
Número Estructural (SN)
Total (cm)
Ver acápite referido a mejoramiento de subrasante (*)
Ver acápite referido a mejoramiento de subrasante (*)
7,5
4,0
0,45
15,0 37,5
42,5
15,0
7,5
2,720
1,5
4,0
0,45
80%
11% - 19%
Buena
10 años
6.0X105-1.5X106
T4
15,0
20,0
7,5
2,870
1,5
4,0
0,45
80%
6% - 10%
Regular
10 años
6.0X105-1.5X106
T4
37,5
15,0
15,0
7,5
2,520
1,5
4,0
0,45
80%
> = 20%
Muy Buena
10 años
6.0X105-1.5X106
T4
de base granular de espesor 20 cm.
(*) Una vez mejorada la subrasante y compactada al 95% de la máxima densidad seca, se colocará la capa de sub base granular de espesor 15cm y luego la capa
Sub base granular (cm)
Base Granular (cm)
Superficie de rodadura: Carpeta asfáltica en caliente (cm). 7,5
3,620
4,0
Índice de serviciabilidad inicial
Sub rasante sin mejoramiento
1,5
0,45
Desviación Standard Combinada
80%
80%
Confiabilidad
3% - 5%
Pobre
10 años
6.0X105-1.5X106
T4
< 3%
Muy Pobre
10 años
6.0X105-1.5X106
T4
CBR
TIPO DE SUBRASANTE
Período de diseño
Número de repeticiones de EE
CLASE DE TRÁFICO
Cuadro 5.6.7 (d): Catálogo de espesores estructura de pavimento flexible con tráfico T4
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
167
Geología, suelos y pavimentos
Toda estructura de pavimento requiere necesariamente un mantenimiento rutinario anual, que incluye entre otras actividades tratamiento de fisuras, parchados, limpieza y reparación de las obras de drenaje y obras de arte en general; y, un tratamiento periódico de sello asfáltico cada 3 a 5 años. Asimismo, como resultado de la realización de evaluaciones periódicas de condición superficial (inventario de fallas, rugosidad, textura) y estructural (deflexiones) del pavimento, según sea necesario, se aplicará una capa nivelante o adicionalmente un refuerzo asfáltico, dependiendo de su capacidad soporte remanente y del crecimiento del tránsito.
168
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
5.7
Mejoramiento de subrasante
La capa de subrasante mejorada puede ser una modificación de la subrasante existente (sustitución del material inadecuado o estabilización con cemento, cal o aditivos químicos) o podrá ser una nueva capa construida sobre la subrasante existente. La alternativa a elegir será determinada de acuerdo al análisis técnico-económico comparativo. En general, se recomienda que cuando se presenten subrasantes clasificadas como muy pobre y pobre (CBR < 6%), se proceda a eliminar el material inadecuado y a colocar un material granular de reemplazo con CBR mayor a 10% e IP menor a 10; con lo cual se permite el uso de una amplia gama de materiales naturales locales de bajo costo, que cumplan la condición. La función principal de esta capa mejorada será dar resistencia a la estructura del pavimento. El espesor de una capa de subrasante mejorada no debe ser menor del espesor determinado mediante el método que a continuación se describe: i)
Tal como se indicó el Número Estructural (SN), según AASHTO está dado por la siguiente ecuación: SNO = a1x D1 + a2 x D2 x m2 + a3 x D3 x m3
ii)
Se añade a la ecuación SN la capa de subrasante mejorada, expresada en términos de a4 x D4 x m4 , donde: a4: Coeficiente estructural de la capa de subrasante mejorada, se recomiendan los siguientes valores: •
a4 = 0.024, para reemplazar la subrasante muy pobre y pobre, por una subrasante regular con CBR 6 – 10%.
•
a4 = 0.030, para reemplazar la subrasante muy pobre y pobre, por una subrasante buena con CBR 11 – 19%.
•
a4 = 0.037, para reemplazar la subrasante muy pobre y pobre, por una subrasante muy buena con CBR > = 20%.
•
a4 = 0.035, para mejorar la subrasante muy pobre y pobre a una subrasante regular, con la adición mínima de 3% de cal en peso de los suelos.
D4 : Espesor de la capa de subrasante mejorada (cm).
169
Geología, suelos y pavimentos
m4 : Coeficiente que refleja el drenaje de la capa 4, según el cuadro 5.7.1 se determina el valor de m4. Cuadro 5.7.1 Condición del drenaje
Porcentaje del tiempo que la estructura del pavimento está expuesta a grados de humedad próxima a la saturación Menos de 1 %
1–5%
5- 25%
Más de 25%
Excelente
1.40 – 1.35
1.35 – 1.30
1.30 – 1.20
1.20
Bueno
1.35 – 1.25
1.25 – 1.15
1.15 – 1.00
1.00
Regular
1.25 – 1.15
1.15 – 1.05
1.00 – 0.80
0.80
Pobre
1.15 – 1.05
1.05 – 0.80
0.80 – 0.60
0.60
Muy pobre
1.05 – 0.95
0.95 – 0.75
0.75 – 0.40
0.40
Nueva ecuación: SNr = a1x D1 + a2 x D2 x m2 + a3 x D3 x m3 + a4 x D4 x m4 o SNr = SNO + a4 x D4 x m4 iii)
Con los valores determinados a4 y m4, se puede calcular el espesor efectivo D4 de la subrasante mejorada, con la siguiente expresión: D4 = (SNr - SNO) / (a4 x m4) SNr = Número estructural requerido del pavimento con subrasante regular, buena o muy buena, según se requiera mejorar. SNO = Número estructural del pavimento con subrasante muy pobre o pobre
iv)
170
En los cuadros 5.7.2 (a), (b), (c) y (d), se presentan como ejemplo la aplicación de la metodología citada, considerando un coeficiente estructural a4 = 0.024 y coeficiente de drenaje m4 = 1.00.
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
Cuadro 5.7.2 (a) CLASE DE TRÁFICO Número de repeticiones de EE Período de diseño
T1 5.0 x 10 - 1.5 x 10 4
T1 5
5.0 x 10 - 1.5 x 105 4
10 años
10 años
Muy pobre
Pobre
< 3%
3% - 5%
SN SUBRASANTE REGULAR
1,715
1,715
SN SUBRASANTE INADECUADA
2,889
2,510
Diferencial SN requerido
1,174
0,795
Coeficiente estructural granular
0,024
0,024
Mejoramiento granular
49,0
33,0
Espesor adoptado
50,0
35,0
Tratamiento superficial bicapa
Tratamiento superficial bicapa
Base granular (cm)
20,0
20,0
Sub base granular (cm)
15,0
15,0
Reemplazo de material CBR > 10% (cm)
50,0
35,0
Total (cm)
85,0
70,0
TIPO DE SUBRASANTE CBR MEJORAMIENTO DE SUBRASANTE
ESTRUCTURA DE PAVIMENTO RECOMENDADA Superficie de rodadura
171
Geología, suelos y pavimentos
Cuadro 5.7.2 (b) CLASE DE TRÁFICO
T2
T2
1.5 x 105 - 3.0 x 105
1.5 x 105 - 3.0 x 105
10 años
10 años
Muy pobre
Pobre
< 3%
3% - 5%
SN SUBRASANTE REGULAR
2,015
2,015
SN SUBRASANTE INADECUADA
3,326
2,903
Diferencial SN requerido
1,311
0,888
Coeficiente estructural granular
0,024
0,024
Mejoramiento granular
55,0
37,0
Espesor adoptado
55,0
40,0
Superficie de rodadura: Carpeta asfáltica en frío de conglomerado asfáltico con asfalto emulsionado (cm)
5,0
5,0
Base granular (cm)
20,0
20,0
Sub base granular (cm)
20,0
20,0
Reemplazo de material CBR > 10% (cm)
55,0
40,0
Total (cm)
95,0
80,0
Número de repeticiones de EE Período de diseño TIPO DE SUBRASANTE CBR MEJORAMIENTO DE SUBRASANTE
ESTRUCTURA DE PAVIMENTO RECOMENDADA
172
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
Cuadro 5.7.2 (c) CLASE DE TRÁFICO
T3
T3
3.0 x 105 - 6.0 x 105
3.0 x 105 - 6.0 x 105
10 años
10 años
Muy pobre
Pobre
< 3%
3% - 5%
SN SUBRASANTE REGULAR
2,305
2,305
SN SUBRASANTE INADECUADA
3,748
3,282
Diferencial SN requerido
1,443
0,978
Coeficiente estructural granular
0,024
0,024
Mejoramiento granular
60,0
41,0
Espesor adoptado
60,0
45,0
Superficie de rodadura:Carpeta asfáltica en caliente (cm)
6,0
6,0
Base granular (cm)
15,0
15,0
Sub base granular (cm)
20,0
20,0
Reemplazo de material CBR > 10% (cm)
60,0
45,0
Total (cm)
95,0
80,0
Número de repeticiones de EE Período de diseño TIPO DE SUBRASANTE CBR MEJORAMIENTO DE SUBRASANTE
ESTRUCTURA DE PAVIMENTO RECOMENDADA
173
Geología, suelos y pavimentos
Cuadro 5.7.2 (d) CLASE DE TRÁFICO Número de repeticiones de EE
T4 6.0 x 10 - 1.0 x 10
Período de diseño
5
T4 6
6.0 x 10 - 1.0 x 106 5
10 años
10 años
Muy pobre
Pobre
< 3%
3% - 5%
SN SUBRASANTE REGULAR
2,562
2,562
SN SUBRASANTE INADECUADA
4,122
3,620
Diferencial SN requerido
1,560
1,058
Coeficiente estructural granular
0,024
0,024
Mejoramiento granular
65,0
44,0
Espesor adoptado
65,0
45,0
Superficie de rodadura:Carpeta asfáltica en caliente (cm)
7,5
7,5
Base granular (cm)
20,0
20,0
Sub base granular (cm)
15,0
15,0
Reemplazo de material CBR > 10% (cm)
65,0
45,0
Total (cm)
100,0
80,0
TIPO DE SUBRASANTE CBR MEJORAMIENTO DE SUBRASANTE
ESTRUCTURA DE PAVIMENTO RECOMENDADA
174
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
5.8
Pavimentos rígidos
Los pavimentos rígidos son aquellos cuya superficie de rodadura es de concreto hidráulico de cemento Pórtland, y generalmente están asentadas sobre una capa de material de subbase (CBR > 40%) y está a su vez sobre la subrasante nivelada y compactada al 95% de la máxima densidad seca del ensayo proctor modificado. Para el diseño de pavimentos rígidos en carreteras el proyectista recurrirá al manual de la American Association of State Highway and Transportation Officials- AASHTO (Asociación Americana de Autoridades Estatales de Carreteras y Transporte) o similares.
5.9 Materiales y partidas específicas del pavimento Las siguientes partidas especificas: 1)
Mejoramiento de suelos de la capa de subrasante.
2)
Subrasante granular.
3)
Base granular.
4)
Imprimación asfáltica.
5)
Tratamientos superficiales.
6)
Pavimentos de concreto asfálticos con mezclas densas y abiertas en frío y en caliente.
175
Geología, suelos y pavimentos
Se ejecutarán de acuerdo a lo estipulado en el capitulo 3 Subbases y bases y capítulo 4 Pavimento asfáltico, de las Especificaciones Generales para Construcción de Carreteras (EG-2000) y sus actualizaciones.
5.10 Canteras y fuentes de agua Se deberá efectuar un estudio de canteras - fuentes de materiales para rellenos, sub-base, base, pavimentos asfálticos, obras de concreto hidráulico etc. Para el caso de canteras que cuenten con estudios previos, se efectuarán solamente ensayos que confirmen la calidad y potencia de las mismas. Las canteras serán evaluadas y seleccionadas por su calidad y cantidad (potencia), así como por su menor distancia a la obra. Las prospecciones que se realizarán en las canteras se efectuarán en base a calicatas, de las que se obtendrán las muestras necesarias para los análisis y ensayos de laboratorio. El número mínimo de calicatas será de 5 por cantera ubicadas de tal forma que cubra toda el área de explotación y cuya profundidad no será menor de la profundidad mínima de explotación. Las muestras representativas de los materiales de cada calicata serán sometidas a la totalidad de los ensayos de calidad, a fin de determinar sus características y aptitudes para los diversos usos que sean necesarios (rellenos, sub-base, base, pavimentos asfálticos, obras de concreto hidráulico, etc.), de acuerdo al uso propuesto y especificaciones técnicas recomendadas en el presente manual. La exploración de las canteras o fuentes de materiales debe cubrir un área que asegure un volumen de material útil explotable del orden de 1.5 veces las necesidades del proyecto. Estos trabajos se efectuarán a criterio, experiencia y responsabilidad del proyectista, los resultados y conclusiones que presente deben ser los representativos y con una confiabilidad aceptada, de tal manera que los materiales procedentes de las canteras seleccionadas por el proyectista cumplan estrictamente las Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras (EG-2000). El informe geotécnico de canteras – fuentes de materiales deben incluir, al menos, la siguiente información:
176
•
Ubicación y potencia de la cantera.
•
Condiciones de explotación, tales como nivel freático, accesos, pendientes, taludes.
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
•
Características principales de los materiales que puedan obtenerse.
•
Características y propiedades de los materiales para definir su aptitud como agregados para rellenos, sub-base, base, pavimentos asfálticos, obras de concreto hidráulico, etc.
•
Rendimientos por tipo de uso, limitaciones o condicionantes constructivas que puedan restringir su uso (por ejemplo, condiciones de humedad, sobre tamaño, etc.)
•
Propiedad y disponibilidad de uso de la cantera o fuente de materiales.
•
Ubicación de las fuentes de agua y su calidad para ser usada en la obra.
177
Geología, suelos y pavimentos
178
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
Capítulo 6
TOPOGRAFÍA
179
To p o g r a f í a
180
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
TOPOGRAFÍA 6.1
Consideraciones generales del trazo
La localización de una ruta entre dos puntos, uno inicial y otro terminal, establecidos como condición previa, implica encontrar una franja de terreno cuyas características topográficas y factibilidad de uso, permita asentar en ella una carretera de condiciones operativas previamente determinadas. El procedimiento de localización empieza tradicionalmente, con la determinación de un trazado tentativo mediante la señalización de una línea de banderas a través del territorio, cuando éste es de topografía plana u ondulada, siguiendo en lo posible la ruta más directa entre los extremos fijados para la carretera, con la condición de ir salvando los accidentes naturales y las edificaciones o instalaciones que revistan un carácter relativamente intangible por su importancia. En los puntos de inflexión de la poligonal que se va formando, se señaliza el trazado con algún elemento, tal como una bandera que permite identificar el recorrido seguido. Cuando el territorio es accidentado, el trazo resulta controlado por las inclinaciones del terreno. En estos casos, además de la necesidad de salvar los accidentes importantes, el trazo se enfrenta a la necesidad de salvar la diferencia de alturas en los tramos en que se requiere ascender o descender para pasar por puntos obligados de la ruta. Para estos casos, se traza en el terreno una “línea de gradiente”. Se trata de un alineamiento de dirección variable que tiene la particularidad de ascender o descender el terreno, con una pendiente constante para el tramo, elegida o calculada previamente en razón a dos parámetros principales: la altura por salvar y la pendiente máxima promedio, aceptable para la carretera. La pendiente seleccionada deberá estar algunos puntos por debajo de esa pendiente máxima, como criterio previsor dado que hay que asegurar que en el trazo definitivo se requiere no sobrepasar las pendientes máximas permitidas. La materialización de este trazado tentativo o preliminar, tradicionalmente se hace con la ayuda de un eclímetro. Este es un instrumento manual que permite señalar la horizontabilidad mediante un nivel y la pendiente deseada mediante un visor graduado respecto a la horizontal. De esta manera, el operador señala a quien porta la mira, su ubicación en el terreno en una poligonal que asciende o desciende con la pendiente establecida. En cada punto, se estaca el terreno para no perder la referencia y se mide la distancia entre estacas y con una brújula el azimut de cada 181
To p o g r a f í a
alineamiento. Este procedimiento es similar tanto para el trazado de la línea de banderas, como de la línea de gradiente. En la actualidad, además de los métodos tradicionales, para la localización de una ruta, se emplean la fotografía aérea y la modelación digital del terreno, así como los modelos de elevaciones. En estos casos siempre es necesario un reconocimiento detallado previo, de lo contrario se requerirán grandes franjas con recubrimiento aerofotográfico y extensos modelos.
6.2
Topografía y trazado
El plano topográfico es la representación gráfica del terreno, de sus accidentes, del sistema hidrográfico, y de las instalaciones y edificaciones existentes, puestas por el hombre. El levantamiento topográfico muestra las distancias horizontales y las diferentes cotas o elevaciones de los elementos representados en el plano mediante curvas de nivel, a escalas convenientes para la interpretación del plano por el ingeniero y para la adecuada representación de la carretera y de las diversas estructuras que lo componen. En los reconocimientos se recomienda usar de preferencia planos a escala en el rango entre 1:2000 y 1:10000 con curvas de nivel, a intervalos de altura de 5 m. En terrenos muy empinados no es posible el dibujo de curvas a este intervalo y será necesario elegir un intervalo mayor, en que la distancia horizontal en el dibujo, entre dos curvas de nivel sea mayor a 1 mm. En los diseños definitivos se recomienda utilizar planos en planta horizontales normalmente en el rango de 1:500 y 1:1000 para áreas urbanas; y de 1:1000 y 1:2000 para áreas rurales; y curvas a nivel a intervalos de 0.5 m. a 1.0 m. de altura en áreas rurales y a intervalos de 0.5 m. en áreas urbanas. Los planos topográficos para proyectos definitivos de gran magnitud deben estar referidos a los controles terrestres de la cartografía oficial, tanto en ubicación geográfica como en elevación, para lo cual deberá señalarse en el plano el hito Datum o BM tomado como referencia. El trazado deberá ser referido a las coordenadas señaladas en el plano, mostrando en las tangentes, el azimut geográfico y las coordenadas referenciales de PIs, PCs y PTs, etc. El levantamiento topográfico puede hacerse usualmente en dos formas alternativas. La más común resulta ser el levantamiento ejecutado en una estrecha franja del territorio, a lo largo de la localización proyectada para la carretera y su Derecho de 182
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
Vía. La alternativa es hacer levantamientos topográficos sobre un área más amplia que permitirá el estudio en gabinete de variantes en el trazo para optimizar el diseño y minimizar los costos. En el caso del levantamiento restringido a prácticamente el Derecho de Vía de la carretera, el trabajo se realizara simultáneamente con el estacado preliminar en el terreno y seguramente definitivo. Este trazado constituye lo que se denomina el “trazado directo”. El sistema alternativo se denomina “trazado indirecto”.
6.3
El trazo directo
Definida la ruta y fijado el punto de partida y los puntos obligados de paso que definen tramos de la ruta, se ejecuta un estacado preliminar señalando la ruta y se calcula el nivel del terreno en cada estaca. Mediante el seccionamiento transversal del terreno, en cada estaca, midiendo longitudes con cinta métrica y elevaciones con el eclímetro (figura 6.1.3.1), el nivel o el teodolito, se realiza el levantamiento topográfico de la sección transversal que deberá cubrir un área suficientemente amplia para diseñar la carretera, sus diversas estructuras y obras de arte y para acondicionar el derecho de vía. Los datos de cada sección transversal deberán ser suficientes para permitir la representación de las curvas de nivel en la franja que ocupara la carretera. En la actualidad, el levantamiento de la sección transversal también se realiza con la estación total.
183
To p o g r a f í a
En los tramos en que la pendiente es condicionante principal, se necesita fijar una pendiente en el trazo que garantice llegar al próximo punto obligado de paso. La llamada línea de gradiente corresponde a ese trazo. Para este efecto, se fija la pendiente promedio requerida para la distancia entre puntos de paso y se utiliza cuando menos un eclímetro para señalizar los puntos, con banderas. La pendiente promedio de la línea de gradiente en tramos críticos debe ser previsoramente como máximo, un 60% de la pendiente máxima aceptable en la norma, de la rasante en tramo recto para la clase correspondiente de la carretera. Conocida la ruta preliminar en el terreno, la brigada de trazo, fija el eje, mediante tangentes y un estacado y calcula y traza las curvas entre tangentes.
184
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
En cada estaca se levanta la sección transversal en un ancho que depende de la naturaleza del proyecto y del terreno. En el gabinete se reconstruye la planta de la franja de la carretera, el perfil longitudinal del eje y las secciones transversales. El topógrafo debe levantar adicionalmente la referencia de toda edificación, (instalación, propiedad, caminos de acceso y accidente natural o artificial, ubicado en la franja levantada) que se juzgue necesario tomar en cuenta para el diseño del proyecto o ampliará el área de levantamiento si el ingeniero lo juzga necesario. Deberá incluirse también el levantamiento detallado de todos los cursos de agua transversales al camino sean estos permanentes, estaciónales y eventuales. El estacado seguido a lo largo del eje, corresponde así normalmente a la poligonal del levantamiento y salvo eventuales correcciones como consecuencia de posibles cambios, el trazado materializado (estacado) corresponde también al replanteo del proyecto. Se fijan entonces en el terreno las referencias topográficas permanentes que permitirán replantear el alineamiento del eje de la carretera y el estacado del proyecto en los casos en que el estacado desaparezca por cualquier causa. Estas referencias o monumentos se construyen en lugares estables no sujetos a cambios.
6.4
El trazado indirecto
En el Perú, se ha denominado “trazado indirecto” al procedimiento de realizar levantamientos topográficos precisos en una franja amplia del terreno y el trazo del eje se realiza en el gabinete sobre los planos de topografía, o los modelos digitales producto del levantamiento. Definida la ruta y sus puntos obligados de paso, se hacen levantamientos topográficos de precisión en una franja de la carretera que cubra las mejores posibilidades de colocar el trazo y analizar sus variantes. La topografía puede levantarse por métodos terrestres con equipos de topografía convencional que puede resultar en un trabajo lento o con equipos electrónicos de mayor precisión y rapidez. También se utiliza y cada vez mas frecuentemente levantamientos por restitución aerofotogramétrica o imágenes satelitales. En todos estos casos, se puede automotizar la medición, los registros, la elaboración de planos y el computo del movimiento de tierras mediante la organización de bases de datos y la digitalización de los planos del diseño. El proyecto se realiza en el gabinete, pudiéndose estudiar con facilidad las alternativas de trazo y variantes.
185
To p o g r a f í a
El replanteo del trazo y su monumentación puede realizarse en cualquier oportunidad posterior, e incluso solo al iniciarse las obras, para lo cual, durante la etapa del levantamiento topográfico monumentan convenientemente las referencias terrestres.
6.5
Sistema de unidades
En todos los trabajos topográficos se aplicará el sistema métrico decimal. Las medidas angulares se expresarán en grados, minutos y segundos sexagesimales. Las medidas de longitud se expresarán en kilómetros (Km.); metros (m); centímetros (cm.) ó milímetros (mm), según corresponda.
6.6
Sistemas de referencia
El sistema de referencia será único para cada proyecto y todos los trabajos topográficos necesarios para ese proyecto estarán referidos a ese sistema. El sistema de referencia será plano, triortogonal, dos de sus ejes representan un plano horizontal (un eje en la dirección Sur – Norte y el otro en la dirección Oeste – Este, (según la cuadricula UTM de IGN para el sitio del levantamiento) sobre el cual se proyectan ortogonalmente todos los detalles del terreno, ya sea naturales o artificiales, y el tercer eje corresponde a la elevación, cuya representación del terreno se hará tanto por curvas de nivel, como por perfiles y secciones transversales. Por lo tanto, el sistema de coordenadas del levantamiento no es el U.T.M., sino un sistema de coordenadas planas ligado, en vértices de coordenadas U.T.M., lo que permitirá efectuar la transformación para una adecuada georeferenciación. Las cotas o elevaciones se referirán al nivel medio del mar. El método utilizado para orientar el sistema de referencia y para ligarlo al sistema UTM del IGN se describirán en la memoria descriptiva. Para efectos de la georeferenciación, debe tenerse en cuenta que el Perú está ubicado en las zonas 17, 18, 19 y en las Bandas M, L, K según la designación UTM. El elipsoide utilizado es el World Geodetic System 1984 (WGS-84) el cual es prácticamente idéntico al sistema geodético de 1980 (GRS80), y que es definido por los siguientes parámetros:
186
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
Semieje mayor
a
6 378 137 m
Velocidad angular de la tierra
w
7 292 115 x 10-11 rad/seg.
GM
3 986 005 x 108 m3/seg2
J2
C2.0 = 484.16685 x 10-6
Constante gravitacional terrestre Coeficiente armónico zonal de 2º grado de geopotencial
Para enlazarse a la Red Geodésica Horizontal del IGN bastará enlazarse a una estación si la estación del IGN es de al orden B ó superior y a dos estaciones en el caso que las estaciones del IGN pertenezcan Orden C. Para el enlace vertical a la Red Vertical del IGN se requiere enlazarse a dos estaciones del IGN como mínimo. Para carreteras pavimentadas de bajo volumen de tránsito se considera deseable contar con puntos de Georeferenciación con coordenadas UTM, enlazados al Sistema Nacional del IGN, distanciados entre sí no más de 10 Km. y próximos al eje de la carretera a una distancia no mayor de 500 m.
6.7
Tolerancias en la ubicación de puntos
La tolerancia para errores relativos o posiciónales se presenta en el cuadro 6.1.7.
187
188
* e = Error relativo en milímetros K = Distancia en kilómetros
Estacas de talud
Estacas de rasante
Estacas de subrasante
Límites para roce y limpieza
Muros de contención
Alcantarillas, cunetas y estructuras menores
± 20 mm. ± 10 mm. -±10 mm. ± 10 mm. ± 100 mm.
± 50 mm. ± 20 mm. ± 500 mm. ± 50 mm. ± 50 mm. ± 50 mm.
± 10 mm.
e = 12√Κ ∗
e = 5√Κ ∗
Vertical
± 10 mm.
1:5 000
Puntos del eje, (PC), (PT), puntos en curva y referencias
Tolerancias
± 50 mm.
1:10 000
Puntos de control (Polígonos o triángulos)
Otros puntos del eje
1:100 000
Horizontal
Georeferenciación
Fase de trabajo
Cuadro 6.1.7: Tolerancias para trabajos de levantamientos topográficos, replanteos y estacado
-.-
-.-
-.-
-.-
-.-
-.-
-.-
-.-
0.5 Km.
40 Km.
Distancias entre hitos
To p o g r a f í a
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
6.8
Trabajos topográficos
Los trabajos de topografía y georeferenciación comprenden los siguientes aspectos: (a)
Georeferenciación:
La georeferenciación se hará estableciendo puntos de control geográfico mediante coordenadas UTM con una equidistancia aproximada de 10 Km. ubicados a lo largo de la carretera. Los puntos seleccionados estarán en lugares cercanos y accesibles que no sean afectados por las obras o por el tráfico vehicular y peatonal. Los puntos serán monumentados en concreto con una placa de bronce en su parte superior en el que se definirá el punto por la intersección de dos líneas. Las placas de bronce tendrán una leyenda que permita reconocer el punto. Estos puntos servirán de base para todo el trabajo topográfico y a ellos estarán referidos los puntos de control y los del replanteo de la vía. (b)
Puntos de control:
Los puntos de control horizontal y vertical que puedan ser afectados por las obras deben ser reubicados en áreas en que no sean disturbadas por las operaciones constructivas. Se deberán establecer las coordenadas y elevaciones para los puntos reubicados antes que los puntos iniciales sean disturbados. El ajuste de los trabajos topográficos será efectuado con relación a dos puntos de control geográfico contiguos, ubicados a no más de 10 km. (c) Sección transversal Las secciones transversales del terreno natural deberán ser referidas al eje de la carretera. El espaciamiento entre secciones no deberá ser mayor de 20 m en tramos en tangente y de 10 m en tramos de curvas con radios inferiores a 100 m. En caso de quiebres en la topografía, se tomarán secciones adicionales en los puntos de quiebre. Se tomarán puntos de la sección transversal con la suficiente extensión para que puedan detallarse los taludes de corte y relleno y las obras de drenaje hasta los límites que se requieran. Las secciones además deben extenderse lo suficiente para evidenciar la presencia de edificaciones, cultivos, línea férrea, canales, etc. que por estar cercanas al trazo de la vida podría ser afectada por las obras de carretera, así como por el desagüe de las alcantarillas.
189
To p o g r a f í a
(d)
Estacas de talud y referencias
Se deberán establecer estacas de talud de corte y relleno en los bordes de cada sección transversal. Las estacas de talud establecen en el campo el punto de intersección de los taludes de la sección transversal del diseño de la carretera con la traza del terreno natural. Las estacas de talud deben ser ubicadas fuera de los límites de la limpieza del terreno y en dichas estacas se inscribirán las referencias de cada punto e información del talud a construir conjuntamente con los datos de medición. (e)
Límites de limpieza y roce
Los límites para los trabajos de limpieza y roce deben ser establecidos en ambos lados de la línea del eje en cada sección de la carretera, durante el replanteo previo a la construcción de la carretera. (f)
Restablecimiento de la línea del eje
Para la construcción de la carretera, la línea del eje será restablecida a partir de los puntos de control. El espaciamiento entre puntos del eje no debe exceder de 20 m en tangente y de 10 m en curvas de radio menor a 100 m. El estacado debe ser restablecido cuantas veces sea necesario para la ejecución de cada etapa de la obra, para lo cual se deben resguardar los puntos de referencia. (g)
Elementos de drenaje
Los elementos de drenaje deberán ser estacados para fijarlos a las condiciones del terreno. Se deberá considerar lo siguiente: (1)
Levantamiento del perfil del terreno a lo largo del eje de la estructura de drenaje que permita apreciar el terreno natural, la línea de flujo, la sección de la carretera y el elemento de drenaje.
(2)
Ubicación de los puntos de ubicación de los elementos de ingreso y salida de la estructura.
(3)
Determinar y definir los puntos que sean necesarios para determinar la longitud de los elementos de drenaje y del tratamiento de sus ingresos y salidas.
(h)
Muros de contención
Para la construcción de la carretera se deberá relevar el perfil longitudinal del terreno a lo largo de la cara del muro propuesto. Cada 5 m y en donde existan quiebres
190
Manual para el Diseño de Carreteras P a v i m e n t a d a s d e B a j o Vo l u m e n d e Tr á n s i t o
del terreno se deben tomar secciones transversales hasta los límites que indique el supervisor. Ubicar referencias adecuadas y puntos de control horizontal y vertical. (i)
Canteras
Se debe establecer los trabajos topográficos esenciales referenciados en coordenadas UTM de las canteras de préstamo. Se debe colocar una línea de base referenciada, límites de la cantera y los límites de limpieza. También se deberán efectuar secciones transversales de toda el área de la cantera referida a la línea de base. Estas secciones deberán ser tomadas antes del inicio de la limpieza y explotación y después de concluida la obra y cuando hayan sido cumplidas las disposiciones de conservación de medio ambiente sobre el tratamiento de canteras. (j)
Monumentación
Todos lo hitos y monumentación permanente que se coloquen durante la ejecución de la vía deberán ser materia de levantamiento topográfico y referenciación. (k)
Levantamientos misceláneos
Se deberán efectuar levantamientos, estacado y obtención de datos esenciales para el replanteo, ubicación, control y medición, entre otros de los siguientes elementos: (1)
Zonas de depósitos de desperdícios.
(2)
Vías que se aproximan a la carretera.
(3)
Zanjas de coronación.
(4)
Zanjas de drenaje.
(5)
Canales disipadores de energía, etc.
Y cualquier elemento que esté relacionado a la construcción y funcionamiento de la carretera. (l)
Trabajos topográficos intermedios
Todos los trabajos de replanteo, reposición de puntos de control y estacas referenciadas, registro de datos y cálculos necesarios que se ejecuten durante el paso de una fase a otra de los trabajos constructivos deben ser ejecutados en forma constante que permitan el replanteo del proyecto, para la ejecución de las obras, la medición y verificación de cantidades de obra, en cualquier momento.
191
To p o g r a f í a
6.9
Geometría de la carretera
Se incorpora las siguientes descripciones para su uso por quienes se enfrenten a la necesidad de elaborar diseños de carreteras vecinales en territorios alejados de las tecnologías electrónicas de trazado vial. Elementos y cómputo de curvas horizontales circulares En el diseño de la curva se conoce la ubicación del punto de intersección del alineamiento o del PI, en relación al estacado progresivo del alineamiento de llegada. También se conoce el azimut de ambas tangentes y, por tanto, el ángulo del alineamiento. Se selecciona el radio de la curva correspondiente a la velocidad de diseño como mínimo; pero de ser posible debe ser mayor a los correspondientes a esa velocidad. En la figura 6.1.9.1 se aprecian los siguientes elementos de la curva. Ejemplo numérico de cómputo de una curva para:
192
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El estacado de la curva resulta como sigue:
Uso de coordenadas de referencia al diseño El uso de coordenadas de referencia en el levantamiento topográfico del terreno resulta obligatorio para obtener un cómputo preciso de un alineamiento del eje de una carretera . Las coordenadas pueden ser geográficas si se tienen una referencia cercana, para enlazar el proyecto al sistema geográfico. Pero cuando el proyecto es pequeño y no se tiene referencias cercanas se puede establecer un sistema arbitrario de coordenadas ortogonales Norte-Sur. (Ver figura 6.1.9.2) La referencia a un sistema de coordenadas debidamente monumentadas, según la importancia y/o características del proyecto, es necesario, cualquiera sea el tipo de coordenadas a utilizarse. Las referencias coordenadas de los PI, PC y PT, así como el azimut de la tangente, permiten alcanzar precisión en el diseño y en los replanteos del proyecto, sobre el terreno y evita acumulación de errores por mínimos que sean.
193
To p o g r a f í a
Distancia de visibilidad en curvas horizontales
194
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La visibilidad es afectada por obstáculos laterales tales como, casas, paredes, árboles, muros o laderas. Banquetas de visibilidad Cuando en una curva horizontal, sea esta circular o provista de espiral de transición, no se cumple con el requisito mínimo de visibilidad, es decir que en determinada sección no se puede establecer la existencia de distancia de visibilidad de parada en el eje de la vía interior de circulación, que es el caso más desfavorable, el procedimiento para hacer que ésta exigencia se cumpla, consiste en la construcción de una banqueta de visibilidad, que es simplemente un mayor corte del talud interior de la cura, que permitirá ampliar la visibilidad en la curva. Entonces la curva que define la banqueta de visibilidad será la envolvente de las rectas que unen los puntos del eje de la vía interior, que distan entre sí la distancia de visibilidad de parada. En las N.P. se controla éste requisito y se determina la banqueta de visibilidad valiéndose del procedimiento ilustrado. Figura 6.1.9.3
195
To p o g r a f í a
en donde:
El gráfico muestra una relación lineal para la variedad de velocidad, radio. 196
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Velocidad (Kph)
35
50
65
80
100
Dist. de parada deseable (m)
47
63
90
137
212
Dist. de parada mínima (m)
47
63
83
106
152
6.10 Geometría del alineamiento vertical El perfil longitudinal El perfil longitudinal de una carretera debe ser una línea continua y los componentes geométricos del eje en este plano vertical son dos: •
La línea recta inclinada, llamada gradiente o pendiente
•
La curva vertical
–
Convexa o cresta
–
Cóncava o columpio
La pendiente La pendiente de una carretera es numéricamente el valor del ascenso vertical por cada 100 metros de avance horizontal, se expresa en porcentaje.
Del gráfico podemos deducir también que su valor es igual al de la tangente trigonométrica del ángulo de inclinación medida en porcentaje. Casi nunca una carretera es horizontal, por lo menos y para facilitar el drenaje, el límite mínimo de la pendiente es 0.5% y el límite máximo está dado por consideraciones funcionales, pues los vehículos de carga no pueden vencer pendientes elevadas sin una reducción apreciable de su velocidad, lo que interfiere con un normal funcionamiento de la vía. La pendiente a simple vista es impuesta por las características del terreno, por la diferencia de altura, y por la distancia que hay entre los puntos que se quiere unir. Pero es habilidad del proyectista conseguir, con un criterio fundamental de economía, controlar el desarrollo de la pendiente dentro de ciertos límites que impone la seguridad de tránsito y las características propias de potencia y carga de vehículos,
197
To p o g r a f í a
frente a las características topográficas del territorio.
6.11 Alineamiento Vertical Curvas verticales Cada P.I. vertical es identificado al más cercano décimo de centena de metros. La longitud L de la curva es usualmente definida a la más cercana centena de metros. La relación L = K , cuando “A” es la diferencia de gradiente en porcentaje, A es el factor “k” que significa la distancia horizontal en metros requeridos para cambiar un (1) grado en pendiente. Es por ello una medida de curvatura. Curvas verticales cóncavas o columpios En las curvas verticales cóncavas, no existe problema de visibilidad diurna, pues los conductores no tienen impedimento para divisarse, entonces la finalidad de éstas curvas es de dar uniformidad al movimiento de vehículo, desapareciendo ese feo efecto de columpio que se produce en un cambio de pendiente. En las noches, la condición obligatoria será tal, que en todo momento dentro de la curva, los faros alumbren una distancia mínima igual a la distancia de visibilidad de parada.
6.12 Diseño y cómputo de curvas verticales Cómputo de las elevaciones Normalmente las elevaciones serán computadas al centímetro (0.01 m). Las gradientes serán computadas como un porcentaje con dos decimales. Los puntos del perfil de la rasante serán indicados en cada sección como sigue: Para una sección de calzada única, a lo largo del eje C. Para una sección de doble calzada, con separador central, en la intersección entre el separador y el límite de la superficie de rodadura. Las elevaciones de la gradiente serán mostradas en el perfil, como sigue: Para las secciones normales, cada 20 m. Curvas verticales
198
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Las curvas verticales son arcos parabólicos. La deflexión desde la parábola a la tangente varía con el cuadrado de la distancia desde del punto de tangencia. Para determinar el perfil de la rasante, las deflexiones desde la tangente se computan, adicionándolas o restándolas de la cota de tangente (Figura 6.1.11.1) Figura 6.1.11.1
En donde: L
=
Longitud horizontal (m)
G1 + G2
=
Gradientes expresadas algebraicamente en %
M
=
Ordenada media, en metros
P
=
Un punto cualquiera de la curva
199
To p o g r a f í a
Y
=
Deflexión de P, en m.
X
=
Distancia horizontal de P, desde PC o PT, en estacas
S
=
Pendiente de la tang. en P en %
Po
=
Es el más alto o más bajo punto de la curva
Xo
=
Distancia horizontal entre Po y el P.C.
Disminución de la pendiente en las curvas En la planta de una carretera, el elemento que controla la velocidad es el radio de la curva, y también en perfil, la pendiente en todo momento está controlando la velocidad. En las curvas con pendientes se superponen estos dos parámetros de control, dificultando la maniobrabilidad y fluidez del tránsito de los vehículos, especialmente en las curvas de vuelta cerradas. La forma de compensar esta superposición de obstáculos es disminuyendo la pendiente en las curvas y en el tramo recto contiguo, con el objeto de que los vehículos tengan la oportunidad de retornar a sus condiciones iniciales que prevalecían antes de tomar la curva. Las reglas que se dan al respecto se pueden reducir a dos enunciados que son los siguientes: 1ra.
Cuando los radios de curva son inferiores a 150 m, se suele disminuir la pendiente de la curva en 0.5% por cada 15 m. que el radio baje de 150 m.
2da. Para radios menores de 100 m, la pendiente en la curva no debe exceder del 200
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5%. Además la fórmula que regula la disminución de la pendiente en curvas es la siguiente:
C =
38i C= R Reducción de la pendiente (en tanto por ciento)
i =
Pendiente (en tanto por ciento)
R =
Radio de la curva (en metros)
6.13 Coordinación entre el trazo en planta y el trazo en elevación El trazo geométrico de una carretera, resulta de la combinación armoniosa de las características de su planta y de su perfil, si se analiza independientemente cada características es posible que se cumpla con los requisitos obligados por las normas, pero si se combinan, por ejemplo, los análisis de visibilidad es posible que se tenga que hacer algunas modificaciones para que ésta se cumpla en la planta y en el perfil conjuntamente. Para obtener esta combinación armoniosa y eficaz de acuerdo a las normas establecidas, y con el objeto de tener soluciones que se adecuen al terreno y a consideraciones de menos costo y mayor seguridad se debe observar las siguientes reglas: •
Las características geométricas deben ser uniformes evitándose variaciones bruscas, tanto de radios como de pendientes, lo que favorece la fluidez del tránsito y evita cambios bruscos en la velocidad directriz.
•
Debe evitarse colocar curvas horizontales en los puntos altos o bajos del perfil longitudinal.
•
Deben evitarse hasta donde sea posible las tangentes largas con puntos altos y bajos (tobogán).
•
El trazado en conjunto deberá armonizar con el paisaje o en todo caso deberá perturbar lo menos posible.
•
Evitar cruces de carreteras en curvas horizontales o verticales y en todo caso estudiar muy bien la visibilidad para las maniobras de salida y entrada de la carretera.
6.14 Planos básicos del proyecto
201
To p o g r a f í a
Los planos básicos de diseño del proyecto son de diseño en planta - diseño en elevación del perfil longitudinal (figura 6.13.1) y el plano de secciones transversales (figura 6.13.2). El plano de planta contiene la topografía del terreno donde se ubica el proyecto, mostrando todos los elementos existentes y las curvas de nivel y cotas de elevación posibles incluyendo las referencias de instalaciones existentes. Esta planta llevará también cuando menos el diseño del eje proyectado de la carretera, así como los límites del derecho de vía definido por la autoridad competente.
6.15
202
Replanteo de una curva circular con PI accesible
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203
To p o g r a f í a
Fórmulas: Longitud de la : curva
L = π.δ.R/180 δ : en grados
Tangente
:
T = R.Tan. (δ/2)
Externa
:
E = R. (Sec (δ/2) – 1)
Angulo φ
:
Es el ángulo central medido desde PC (ó PT) hasta la posición de la estaca).
Angulo φ
:
φ = 180.distancia/ (π.R).
Distancia
:
Es la segunda columna del cuadro, esto es, la longitud acumulada de la cuerda.
Cuerda
:
Es medida entre dos estacas consecutivas.
Abscisa
:
X = R.Sin (φ)
Ordenada
:
Angulo ∝
:
Y = R. (1-Cos (φ) ) ∝ = φ/2
Ejemplo: Teniendo como datos:
R = 147 m
δ = 60º
Cálculos
204
Longitud de la curva
L
153.94
Tangente
T
84.87
Externa
E
22.74
Angulo central
φ
0.39.dis
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205
To p o g r a f í a
206
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Capítulo 7
IMPACTO AMBIENTAL
207
Impacto ambiental
208
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IMPACTO AMBIENTAL 7.1 Preservación del ambiente y mitigación del impacto causado por los trabajos de obras viales en carreteras pavimentadas de bajo volumen de tránsito 7.1.1 Introducción Este capítulo comprende los trabajos que deben efectuarse y las previsiones tenerse en cuenta durante el proceso de elaboración del diseño definitivo de los proyectos viales para carreteras de bajo volumen de tránsito, según correspondan en razón de la magnitud y naturaleza de los trabajos a realizarse.
7.1.2 Objetivos El objetivo del presente capítulo es recomendar medidas de protección, prevención, atenuación, restauración y compensación de los efectos perjudiciales o dañinos que pudieran resultar del proyecto y que deban ser considerados necesariamente durante la elaboración del diseño definitivo y medidas que maximicen los impactos socio ambientales positivos de este. Estas medidas se plasmarán posteriormente en el Plan de Manejo Ambiental, que es el documento técnico encargado de hacer cumplir las medidas propuestas durante las etapas del proyecto (preliminar, constructiva, operación y cierre). Los constructores y supervisores de obra, serán los encargados directos del cumplimiento del Plan de Manejo Ambiental.
7.2
Las siguientes actividades preliminares deben estar consideradas en el programa del estudio de las obras por ejecutar según corresponda al tamaño y naturaleza de cada proyecto específico.
7.2.1 Identificación de las condiciones de base Es importante identificar los factores socios ambientales relevantes del área de influencia directa de las obras en la franja del proyecto, considerando el ambiente no solo como fuente de insumos, sino como receptor de los posibles impactos negativos de este.
209
Impacto ambiental
Se debe identificar:
210
•
Cursos de agua superficial y subterránea.
•
Sistema actual de drenaje de las aguas de escorrentía y de zonas y cursos dinámicos que podrían afectar el proyecto para proponer el diseño de las obras de mitigación y/o, de ser posible, el mejoramiento del sistema.
•
Afectación que podría sufrir el sistema de riego y las áreas agrícolas, boscosas o naturales, para plantear las obras de mitigación o de mejoramiento, si fuera necesario.
•
Zonas afectadas por erosión por agua, viento o por problemas de inestabilidad diversas.
•
Historial de procesos geodinámicos como deslizamientos, huaicos, caídas de rocas, etc.
•
Terrenos húmedos con problemas de drenaje que requieren de soluciones inmediatas.
•
Áreas sensibles, zonas naturales por preservar, tales como: ríos, quebradas, humedales, nevados, lagunas, bosques, santuarios para animales y otros.
•
Áreas naturales protegidas, establecidas por ley.
•
Zonas arqueológicas, culturales o históricas, declaradas como patrimonio cultural de la nación.
•
Recursos eco-turísticos conformados por los cursos de ríos, riqueza de flora y fauna silvestre, paisajes y otros.
•
Sistemas ecológicos, flora y fauna, necesidades de medidas para mitigar efectos barrera y borde.
•
Ambientes rurales y urbanos.
•
Áreas agrícolas y de pastoreo.
•
Comunidades campesinas o nativas.
•
Características socio culturales y socio económicas de las poblaciones, etc.
•
Marco legal e institucional.
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7.2.2 Programación de acciones sociales con la comunidad Es importante mantener relaciones sociales armónicas con las poblaciones susceptibles de verse afectadas por las obras de proyecto vial, de manera que se eviten los conflictos sociales y se aproveche en cambio el conocimiento que estas poblaciones poseen de su medio. Se debe considerar lo siguiente: •
Cumplir con los procesos de consulta previa y participación ciudadana desde el inicio del diseño definitivo del proyecto.
•
Identificar plenamente a los actores sociales involucrados en el proyecto.
•
Diseñar medidas que minimicen el impacto social negativo y maximicen el positivo.
•
Mantener canales de comunicación que mantengan informada a la población y retroalimenten a los proyectistas con información útil para el diseño.
•
Diseñar un plan de relaciones sociales entre la constructora y la comunidad local.
7.2.3 Utilización de recursos de la zona del proyecto •
Evaluación de la existencia de canteras de materiales de préstamo, su volumen, calidad y disponibilidad en la zona del proyecto.
•
Evaluación de fuentes de agua, su volumen, calidad y disponibilidad en la zona del proyecto.
•
Evaluación de la disponibilidad de la mano de obra local, calificada y no calificada.
•
Evaluación de la existencia de especies nativas para revegetar las áreas afectadas por el proyecto.
•
Evaluación de la disponibilidad de áreas para instalación de campamentos, patios de máquinas, plantas de áridos, asfalto u hormigón, talleres, oficinas y otros en la zona del proyecto.
•
Evaluación de la posibilidad de retiro selectivo de la capa superficial de suelo para su uso en las revegetaciones previstas en la restauración ambiental.
211
Impacto ambiental
7.2.4 Señalización del derecho de vía •
Identificación del Derecho de Vía.
•
Marcado del Derecho de Vía requerido para el proyecto.
7.2.5 Identificación de infraestructura y predios a ser afectados por el proyecto. •
Identificación de viviendas, almacenes, depósitos u otras edificaciones a ser afectadas total o parcialmente por las obras del proyecto para las que se aplicará el Programa de Adquisición de Áreas por Trato Directo (Ley 27628); Expropiaciones (Ley 27117) o de Reasentamiento Poblacional, según corresponda.
•
Identificación de predios agrícolas, ganaderos, mineros y otros que serán afectados parcial o totalmente por las obras del proyecto, para los que se aplicará el Programa de Compensación Económica.
7.3 Actividades del proyecto que deben ser consideradas en el programa del estudio de las obras por ejecutar, según corresponda al tamaño y naturaleza de cada proyecto específico 7.3.1 Canteras de materiales Deberá considerarse lo siguiente:
212
•
Ubicación y distancia a la obra, evitar ubicarla en Áreas Naturales Protegidas, zonas arqueológicas o de importancia histórica, sitios que alberguen fauna o flora con categorización de especies amenazadas, áreas social o ambientalmente sensibles o cercana a centros poblados.
•
Tipo de cantera: banco de materiales, zonas de préstamo lateral, área en colina, lecho de río, roca fija y otros.
•
Características de los materiales en la cantera: calidad y potencia y su clasificación para aplicación a partidas de obra.
•
Condiciones de propiedad y disponibilidad de la cantera.
•
Condiciones de explotación:
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– Nivel freático.
– Aguas de escorrentía.
– Accesos.
– Pendientes.
•
Procedimientos de explotación:
– Solo a mano.
– Procedimientos mecánicos.
– Tipo de transporte a utilizar.
– Rendimiento probable de la explotación.
•
Determinación de los puntos donde se ubicarán los carteles de señalización informativa y de protección ambiental.
•
Plan de Manejo Ambiental para su explotación.
•
Plan de Restauración Ambiental después de su uso.
7.3.2 Fuentes de agua Deberá considerarse lo siguiente: •
Ubicación de fuentes de agua y distancias a la obra.
•
Tipo de fuente.
•
Calidad de agua.
•
Cantidad estimada.
•
Disponibilidad.
•
Variación estacional.
•
Plan de Manejo Ambiental para su utilización.
•
Plan de Restauración Ambiental después de su uso.
213
Impacto ambiental
7.3.3 Estabilización y tratamiento de taludes Uno de los mayores impactos que generan las obras viales es el deterioro de los suelos y el ambiente por la desestabilización de taludes de corte y de relleno. Para prevenir o mitigar este impacto, los proyectos deben incluir los siguientes aspectos: •
Identificación de taludes que serán afectados.
•
Estudio geotécnico y de drenaje de los taludes susceptibles de desestabilización.
•
Diseño del proyecto de ingeniería destinado a prevenir el riesgo y mejorar en lo posible las características paisajistas de los taludes de corte y de relleno.
•
Evitar en lo posible el uso de explosivos.
•
Plan de Manejo Ambiental para su estabilización y tratamiento.
•
Plan de Restauración Ambiental después de la obra.
7.3.4 Depósitos para materiales excedentes originados por la obra Los aspectos concernientes a la disposición de depósitos para materiales excedentes de obra, originado por los movimientos de tierra y residuos, reviste gran importancia y deben ser previamente planificado.
214
•
Debe considerarse como mínimo, los siguientes aspectos:
•
Evaluación previa del volumen de material que va generar la obra en sus diferentes etapas (preliminar, constructiva, y operación).
•
Identificación de las probables áreas para depósitos de material excedente que cuenten con la autorización de la autoridad competente.
•
Evitar ubicarlos en: áreas naturales protegidas, zonas arqueológicas o de importancia histórica, sitios que alberguen fauna o flora con categorización de especies amenazadas, áreas social o ambientalmente sensibles o cercanos a centros poblados, sitios con niveles freáticos cercanos a la superficie, en cursos de agua, bofedales, pantanos o sitios en los que por procesos naturales de arrastre los materiales puedan ser llevados a los cursos de agua cercanos.
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•
Ubicarlos en zonas que no alteren significativamente la fisonomía del lugar, que no interrumpan los cursos de agua, sobre suelos de bajo valor edafológico (Por ejemplos zonas, abandonadas de extracción de materiales).
•
Previsión y programación de las etapas de generación de material excedente.
•
Diseño de rutas de transporte que traslade el material excedente.
•
Topografía del área prevista.
•
Plan de Manejo Ambiental para el tratamiento de depósitos de material.
•
Plan de Restauración Ambiental después de la obra.
7.3.5 Tratamiento de residuos líquidos originados por la obra El objetivo de efectuar un tratamiento planificado de residuos líquidos que origine la obra, es evitar la contaminación de las corrientes de agua, superficiales ó subterráneas, mediante una disposición adecuada. En tal sentido, debe considerarse los siguientes aspectos: •
Definición de las actividades que pueden producir contaminación de aguas.
•
Determinación de las instalaciones que se dotarán para minimizar o eliminar la contaminación de aguas.
•
Identificación de los lugares donde se instalarán estas instalaciones.
•
Plan de Manejo Ambiental para el tratamiento de residuos líquidos.
•
Plan de Restauración Ambiental después de la obra.
7.3.6 Tratamiento de residuos sólidos originados por la obra El tratamiento planificado de residuos sólidos que genere la obra minimizará la contaminación del ambiente, evitará afectaciones a la salud y el deterioró del entorno paisajista. En tal sentido, debe considerarse los siguientes aspectos: •
Determinación del tipo y volumen de residuos sólidos que va originar la obra.
215
Impacto ambiental
•
Identificación de los lugares de disposición inicial y final.
•
Coordinación con la autoridad local para evaluar la implementación de un programa de reciclaje.
•
Plan de Manejo Ambiental para el tratamiento de residuos sólidos.
•
Plan de Restauración Ambiental después de la obra.
7.3.7 Campamentos y patios de maquinarias Por lo general, las obras viales necesitan campamentos y patios de maquinarias, motivo por el cual hay que considerar medidas para prevenir o reducir los impactos ambientales que puedan producirse durante el funcionamiento de éstas instalaciones. Por lo expuesto, debe considerarse los siguientes aspectos: •
Evaluación de las zonas donde se ubicarán los campamentos y patios de maquinarias, preferentemente en áreas libres, de escasa cobertura vegetal y de topografía plana para evitar excesivos movimientos de tierra.
•
Estas instalaciones no deben interferir el uso del agua de poblaciones cercanas, sobre todo de fuentes de captación susceptibles de agotarse o contaminarse.
•
Deberá preverse la instalación de servicios básicos de saneamiento, en un lugar seleccionado que no afecte a los cuerpos de agua.
•
El campamento no deberá localizarse en zonas cercanas a corrientes de agua para evitar escurrimientos de residuos líquidos que puedan afectar la calidad de agua.
•
Para la instalación de patios de maquinarias debe preverse sistemas de manejo y disposición de grasa y aceites.
•
Plan de Manejo Ambiental para la instalación de campamentos y patios de maquinarias.
•
Plan de Restauración Ambiental después de la obra.
7.3.8 Plantas de áridos, asfaltos y hormigones Se debe tener especial cuidado en la ubicación de estas instalaciones. Éstos nunca deben estar en los siguientes lugares: 216
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•
Áreas naturales protegidas, áreas especialmente sensibles o en las que existan especies de flora o fauna protegidas por ley.
•
Zonas arqueológicas o de importancia histórica.
•
En las cercanías a centros poblados, con el objetivo de evitar conflictos sociales e impactos a la salud de la población.
•
En los lugares de captación de agua para consumo humano, con existencia de cauces de agua cercanos o con nivel freático elevado.
•
Zonas inundables, susceptibles a procesos erosivos o con peligros de derrumbes
Se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones: •
Ubicar plantas en sitios planos y sin cobertura vegetal, con barreras naturales o en su defecto formar una barrera visual y acústica alrededor de la planta.
•
Colocar equipos de control ambiental en las plantas de producción de materiales, que eviten la emisión de material particulado y gases tóxicos.
•
Diseñar sistema de captación y tratamiento de los efluentes líquidos, para evitar la contaminación de aguas superficiales o subterráneas.
•
Debe preverse sistemas de manejo y disposición de grasa y aceites.
•
Debe evitarse abrir nuevos caminos de acceso, es preferible utilizar los existentes.
•
Plan de Manejo Ambiental para la instalación, funcionamiento y desmovilización de estas plantas.
•
Plan de Restauración Ambiental después de la obra.
7.3.9 Monitoreo ambiental Con la finalidad de lograr la conservación y uso sostenible de los recursos naturales y el ambiente durante las diferentes etapas del proyecto, deberá implementarse un programa de monitoreo ambiental para controlar en el medio físico la calidad de agua, aire y suelos, en el medio biótico, las zonas naturales y ecológicas y en el medio de interés humano, las zonas arqueológicas y culturales. 217
Impacto ambiental
En este contexto, en la fase preliminar del estudio debe evaluarse los siguientes aspectos: •
Ubicación de los puntos para el monitoreo de calidad de agua, generalmente donde se ubica la fuente principal de agua, el cruce de un río principal y el cruce de una quebrada tributaria importante.
•
Ubicación de los puntos para el monitoreo de calidad de aire, generalmente donde se va ejecutar el mayor movimiento de tierras y donde se va concentrar el mayor número de maquinarias que originará emanación de gases y ruidos sonoros.
•
Ubicación de los puntos para el monitoreo de calidad de suelo, por lo general las zonas de mayor erosión y desestabilización.
•
Ubicación de los puntos para el monitoreo biótico en las zonas de mayor cobertura vegetal y presencia ecológica.
•
Ubicación de los puntos para el monitoreo de interés humano, en las zonas arqueológicas o culturales.
7.3.10 Costos de mitigación Todos los trabajos de prevención, corrección, mitigación, restauración y monitoreo ambiental que resulten necesarias para conservar el medio ambiente, deberán formar parte del proyecto y consecuentemente su presupuesto de ejecución, estará incluido en el presupuesto de obra a ejecutarse. Estos costos ambientales se detallarán en el Plan de Manejo Ambiental, en el programa de inversiones específicamente y serán sustentados con sus respectivos metrados y análisis de precios unitarios.
218
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219
Se terminó de imprimir en los talleres gráficos de
Tarea Asociación Gráfica Educativa Pasaje María Auxiliadora 156 - Breña Correo e.:
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El Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú-Ecuador fue constituido por los gobiernos de Perú y del Ecuador, con el propósito de impulsar y canalizar esfuerzos orientados a promover el desarrollo y elevar el nivel de vida de sus respectivas poblaciones. La infraestructura vial es uno de los principales soportes para el desarrollo del ámbito de la región fronteriza con el Ecuador, en especial los caminos de bajo volumen de tránsito que interconectan poblaciones rurales, muchas veces localizadas en zonas lejanas fronterizas. Por ello, ha sido muy grato para el Capítulo Perú del Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú - Ecuador colaborar con el Ministerio de Transportes y Comunicaciones en el objetivo de difundir normas para la conservación, diseño y especificaciones técnicas para la construcción de carreteras de bajo volumen de tránsito y, en particular, apoyar en la publicación del “Manual de Diseño de Carreteras Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito”, con un financiamiento fruto de una cooperación que le fue otorgada por la Corporación Andina de Fomento – CAF.
DISEÑO: CARLESSI
MANUAL DE DISEÑO DE CARRETERAS PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO
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Consolidando la paz con desarrollo.
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Av. Salaverry N° 2890 Lima 27, Perú Telf.: (511) 463–11–55 Fax (511) 460–60–76 www.planbinacional.org.pe
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Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú-Ecuador CAPÍTULO PERÚ
BLICA DEL PE RÚ PÚ RE
Ministerio de Transportes y Comunicaciones Dirección General de Caminos y Ferrocarriles
Plan Binacional / 2 do pqte / Manual Diseño Pavimentadas / OT 9079 / Lomo OK 1.4 cm 224 pp / medida 53.9 x23.5 cm
